(57)【要約】      （修正有）【課題】タッチパネル装置の出力情報として、タッチ位置情報のみでなく、ペンタブレットやマウスのようにスイッチ情報も出力し、多様な入力手段を実現するタッチパネル装置を提供する。【解決手段】タッチパネル面上に指２が接触しているという判定手段と、タッチパネル面に指２が接触していない指２の位置情報データの検出手段により、タッチパネル面上の入力したい場所を指２で触り（１０４−Ａ）、離し、スイッチ情報を切り換える為のジェスチャー動作（１０４−Ｂ）を行い、再度入力したいタッチパネル面上の場所と同じ領域を触れる（１０４−Ｃ）、一連の動作を信号処理部が認識し、ジェスチャー動作が予め前記信号処理部に格納されているジェスチャー動作の入力軌跡に合致した場合に、スイッチ情報を切り換えて外部処理装置へ出力するタッチパネル装置。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗膜材料を均一に形成したタッチパネル面と、該タッチパネル面の周辺を取り囲む抵抗性周囲電極を配設し、前記抵抗性周囲電極の４頂点又はタッチパネル面に導電ケーブルからなる引き出し線を接続し、該引き出し線を、前記タッチパネル面に入力電圧又は入力電流を供給する機能を有する信号処理部に接続し、前記信号処理部に接続された引き出し線を介して、タッチパネル面に供給する入力電圧又は入力電流と、操作者の指が前記タッチパネル面に近づいたときに発生する静電容量を介して、前記信号処理部に流れる電流値又は電圧値を、タッチパネル面上の位置情報データに変換し、この位置情報データを外部処理装置に出力するタッチパネル装置において、前記信号処理部に流れる電流値または電圧値に対する閾値を２つ持ち、１つ目の閾値より前記信号処理部に流れる電流値または電圧値が大きければタッチパネル面上に指が接触していると判断するものであり、前記信号処理部に流れる電流値または電圧値が１つ目の閾値より小さく、２つ目の閾値より大きければタッチパネル面に指が接触していないが指の位置情報データを検出できる状態と前記信号処理部が判断し、操作者がスイッチ情報を切り換える為に、タッチパネル面上の入力したい場所を指で触り、指をタッチパネル面から離し、タッチパネル面に指が接触していないが指の位置情報データを検出できる状態にてスイッチ情報を切り換える為のジェスチャー動作を行い、再度入力したいタッチパネル面上の場所と同じ領域を触れることにより、タッチパネル面に指が接触していないが指の位置情報データを検出できる状態と前記信号処理部が判断している状態にて行った動作をジェスチャー動作と前記信号処理部が認識し、ジェスチャー動作が予め前記信号処理部に格納されているジェスチャー動作の入力軌跡に合致した場合に、スイッチ情報を切り換えて外部処理装置へ出力することを特徴としたタッチパネル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタッチパネル面に近接した指の位置を検出するためのタッチパネル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネル装置は一般的に、表示装置の画面の上に操作者の指が触れる透明なタッチパネル面を重ねて使用され、操作者が指で触れた位置情報を外部処理装置に送る座標入力装置である。
前記タッチパネル装置は、表示装置の画面（以下、「表示画面」と記す）に、タッチパネル装置の操作方法あるいは表示画面上に表示されたアイコンやボタン（以下、「表示項目」と記す）の解説を表示したまま、タッチパネル装置の操作を行うことができ、タッチパネル装置に設けられた表示画面上に表示されている表示項目のキーボードを、直接触って、文字や数字の入力や描画をすることができるため、コンピュータに不慣れな操作者でも、直感的で分かりやすい操作が可能な入力装置である。
【０００３】
前記タッチパネル装置には、その用途や目的により、抵抗膜式、静電容量結合式、光学式 、超音波式と様々な方式のものが存在する。
タッチパネル装置では、指による操作を前提としている。スムーズな操作を実現するためには、タッチパネル装置の表示画面に表示される表示項目が指の大きさに対して充分な大きさを持つ必要がある。つまり、操作性を確保するためには、キーボードやマウスを介した操作と比較すると、同一画面上に多くの表示項目を配置することができない。
【０００４】
そこで、前記表示画面にできるだけ多くの表示項目を表示することが可能となるように、表示項目の操作性が保たれる限界まで縮小化を行ったり、大型のタッチパネル装置を使用して、できるだけ多くの表示項目を表示する等の工夫がなされている。
さらに近年では、タッチパネル装置で実行されるアプリケーションプログラムの拡張に伴い、より多様な入力情報や入力表現等を実現するタッチパネル装置の必要性が高まってきている。
【０００５】
しかし、同一の表示画面内に表示項目を多数配置し、機能の異なる表示項目を混在させてしまうと、表示画面は煩雑になる。そのため、操作者が目的の表示項目を表示画面の中から検索する際に、表示画面内で注視位置の移動量が増加するため、表示項目の検索に時間がかかり操作性が損なわれる。
【０００６】
また、表示項目の縮小化には限界があるため、タッチパネル装置のサイズは表示項目の数に伴い、大型化してしまわざるを得ない。
そこで、表示画面の切り替えを頻繁に行うことで、多様な入力情報を実現したタッチパネル装置が主流となっている。
前記タッチパネル装置に設けられた表示画面の切り替えは、まず、各表示項目をアプリケーションにおける機能毎に分類し、主に、操作が階層構造またはツリー構造になるように位置づけを行う。
そして、上層の表示項目のみを表示し、上層の表示項目が選択されると、画面の切り替えにより、選択された表示項目の下層の表示項目群を新たに表示することで、多様な入力表現を実現している。
【０００７】
また、それでも表示項目が多い場合は、再分類化を幾度でも行い、表示領域に合わせた量にすることも可能である。
つまり、前記タッチパネル装置によれば、各表示項目は分類されインデックスを付けられたものと同様の多層構造を成しているので、操作者は目次のインデックスを辿るようにして、目的の画面や表示項目を検索することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２０６３６８号公報
【特許文献２】特開２００８−９７５５０号公報
【特許文献３】特開２０００−１３２３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記タッチパネル装置は、操作の階層構造が複雑なアプリケーションプログラムを使用してしまうと、表示画面の切り替えが必然的に多くなり、操作者が目的とする画面や表示項目の検索に時間がかかるため、操作性が損なわれる。また、操作の階層構造が操作者にとってよほど分かりやすいものでない限り、操作手順を把握するまでに、一定期間の慣れが必要である。
【００１０】
この前記タッチパネル装置において損なわれる操作性は、タッチパネル装置に要求されている多様な入力情報の実現に対して、タッチパネル装置から外部処理装置へ出力される情報が、多くの場合、操作者の指が接した位置の情報のみであることに起因している。
もし、タッチパネルにおいても、複数のスイッチを持つペンタブレットやマウスのように、位置情報以外に複数のスイッチ情報を出力することができれば操作性のよいアプリケーションを形成できるはずである。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、操作者の入力により、タッチパネルが抽出する情報の種類に、スイッチ情報として操作者の指の接触位置以外の情報を加えることにより、タッチパネル装置から外部処理装置へ出力する情報を増やし、多様な入力情報を実現するタッチパネル装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、抵抗膜材料を均一に形成したタッチパネル面と、該タッチパネル面の周辺を取り囲む抵抗性周囲電極を配設し、前記抵抗性周囲電極の４頂点又はタッチパネル面に導電ケーブルからなる引き出し線を接続し、該引き出し線を、前記タッチパネル面に入力電圧又は入力電流を供給する機能を有する信号処理部に接続し、前記信号処理部に接続された引き出し線を介して、タッチパネル面に供給する入力電圧又は入力電流と、操作者の指が前記タッチパネル面に近づいたときに発生する静電容量を介して、前記信号処理部に流れる電流値又は電圧値を、タッチパネル面上の位置情報データに変換し、この位置情報データを外部処理装置に出力するタッチパネル装置において、前記信号処理部に流れる電流値または電圧値に対する閾値を２つ持ち、１つ目の閾値より前記信号処理部に流れる電流値または電圧値が大きければタッチパネル面上に指が接触していると判断するものであり、前記信号処理部に流れる電流値または電圧値が１つ目の閾値より小さく、２つ目の閾値より大きければタッチパネル面に指が接触していないが指の位置情報データを検出できる状態と前記信号処理部が判断し、操作者がスイッチ情報を切り換える為に、タッチパネル面上の入力したい場所を指で触り、指をタッチパネル面から離し、タッチパネル面に指が接触していないが指の位置情報データを検出できる状態にてスイッチ情報を切り換える為のジェスチャー動作を行い、再度入力したいタッチパネル面上の場所と同じ領域を触れることにより、タッチパネル面に指が接触していないが指の位置情報データを検出できる状態と前記信号処理部が判断している状態にて行った動作をジェスチャー動作と前記信号処理部が認識し、ジェスチャー動作が予め前記信号処理部に格納されているジェスチャー動作の入力軌跡に合致した場合に、スイッチ情報を切り換えて外部処理装置へ出力するタッチパネル装置を提案するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のタッチパネル装置は、非接触状態で特定の処理を意図して行われた動作があったときに、前記動作に対応したスイッチ情報を出力することで、多様な入力情報の実現が可能となる。さらに、画面や表示項目のサイズ、画面の切り替え回数において自由度が増し、従来の操作性を損なうことなく、前記入力情報の実現が可能となる。  
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】静電容量結合方式のタッチパネル装置の構成図
【図２】指の状態
【図３】ジェスチャー動作
【図４】角度の算出
【図５】角度とスイッチ情報の対応表
【図６】入力動作と各要素の関係図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１は、本実施例におけるタッチパネル装置の構成図である。参照符号１は、タッチパネル面である。タッチパネル面１は指２の位置を検出するためのセンサーとなる面である。タッチパネルは通常、表示画面の上で使用するのでガラスなどの透明な絶縁体を中心に形成される。もちろん、表示画面の上で使用しない場合は絶縁体を透明とする必要はない。
【００１６】
面抵抗体８は、透明な絶縁体の片面（指が触れようとする面）に塗布、蒸着等により均一に抵抗膜材料を形成したものである。通常、面抵抗体８は指２に直接触れないように薄い非導体膜がコーティングされている。さらに、面抵抗体８を取り囲むように、抵抗性周囲電極９が配設されている。また、抵抗性周囲電極９の４頂点に設けられている検出電極１０ａ〜１０ｄは、導電ケーブルで構成された４つの引き出し線１１により信号処理部１２に接続されている。
【００１７】
この信号処理部１２は、４つの引き出し線１１を介して、検出電極１０ａ〜１０ｄに対してＡＣ電圧を印加するとともに、検出電極１０ａ〜１０ｄにおける各ＡＣ電流を計測できる機能を持っている。この検出電極１０ａ〜１０ｄにＡＣ電圧が印加された状態で、指２が面抵抗体８に近づくと、指２と面抵抗体８の間に静電容量結合１３が生じ、検出電極１０ａ〜１０ｄから面抵抗体８と指２間に発生した静電容量結合１３を介して微量であるが指２にＡＣ電流が流れる。これは、指２が、その人体の等価抵抗及び接地容量による人体の接地インピーダンス１４を介して接地されているためである。
【００１８】
このとき流れた各検出電極１０ａ〜１０ｄの電流を信号処理部１２で計測し、各電流に対してＡ／Ｄ変換を行い信号値を得る。そして、信号処理部１２で得られた検出電極１０ａ〜１０ｄにおける各信号値の比率から指２の位置を、演算処理により算出する。
【００１９】
ここで、図２において、指の状態を示す。図２はタッチパネルを横から見た図である。指２の状態のうち、２−Ａに図示したようにタッチパネル面１と指２が接している状態、または近接している状態を「接触状態」とする。さらに、２−Ｂに図示したように指２の位置をタッチパネルが検出できる距離範囲内で、「接触状態」ではない状態を、「非接触状態」とする。
【００２０】
検出電極１０ａ〜１０ｄにおける信号値の合計、つまり信号総量は、指２と面抵抗体８の間の距離により変化する。この変化は、面抵抗体８と指２の距離によって、静電容量結合１３が変化するためであり、面抵抗体８と指２の距離が近いほど、検出電極１０ａ〜１０ｄに流れる各電流は増加し、面抵抗体８と指２の距離が遠いほど、検出電極１０ａ〜１０ｄに流れる各電流は減少する。
【００２１】
一般的な静電容量結合方式のタッチパネルでは、確実に指が触れたことにより入力とする市場の要求に対応するために、信号総量に高めの閾値を設定して確実に指２がタッチパネル面１に触れている場合のみ、操作者が入力していると判断して指２の位置情報を出力する。
【００２２】
本発明でも、この一般的に設定する信号総量の閾値で指２が接触状態２−Ａか否かを判断する。この閾値を閾値Ａと呼ぶことにする。信号総量が閾値Ａより大きい場合は、指２が接触状態２−Ａであると判断する。
本発明では、これとは別にスイッチ入力を切り換える為のジェスチャー動作を感知するための、非接触状態２−Ｂであることを判断する閾値を設定する。信号総量が閾値Ａを下回り、かつ指２がタッチパネル面１から離れすぎて、もはや指２の位置検出が不可能な状態の手前の指２の位置検出が可能な信号総量値を閾値Ｂとする。信号総量が閾値Ｂより大きければ、指２が非接触状態２−Ｂであると判断する。
【００２３】
指２が接触状態２−Ａである時は、信号処理部１２より外部処理装置へ指２の位置情報とスイッチ情報を出力する。このスイッチ情報は、複数あるスイッチ情報のうち一つを選択して出力する。このスイッチ情報は、非接触状態２−Ｂでの指２のジェスチャー動作により選択する。
非接触状態２−Ｂでのジェスチャー動作の判別は、タッチパネルの場合には注意を要する。
【００２４】
一般的にジェスチャー動作の判別を行う場合は、マウスやペンタブレットのペンのようにスイッチがあるものを使用し、操作者は、ジェスチャー動作であることを示すスイッチを押しながらジェスチャー動作を行う。このため、入力された処理装置はジェスチャー動作であることを示すスイッチが押されたところから、スイッチが離された間に行われた動作をジェスチャー動作であると容易に判別することができる。
【００２５】
ところが、タッチパネルの場合は、操作者の指にマウスやペンタブレットのようにスイッチが無い為に、非接触状態２−Ｂでの指２の動きが操作者の意図したジェスチャー動作によるスイッチ情報の選択か、意図しない動作かを判別するのは、他のマウスやペンタブレットのペンの様に行うのは難しい。
そこで、本発明では非接状態２−Ｂでの動作を、操作者が意図したジェスチャー動作によるスイッチ情報の選択であることを判別する為に、次の条件を加える。
【００２６】
まず、操作者は指２をタッチパネル面１上の入力したい部分に触れる。従って、指２は接触状態２−Ａとなる。この触れた部分を入力点Ａとする。その後、操作者は指２をタッチパネル面１から離して指２を非接触状態２−Ｂにする。この状態で操作者は指２を移動してジェスチャー動作を行う。ジェスチャー動作を終了後、操作者は入力点Ａと同じ領域に触れる。従って、指２は再度接触状態２−Ａとなる。この触れた部分を入力点Ｂとする。信号処理部１２は、入力点Ａと入力点Ｂが同じ領域であるかを判断する。判断方法としては、入力点Ａを中心に円や正方形などの予め大きさや形を設定された領域を設定し、その領域内に入力点Ｂが入っていれば同じ領域とするなどの方法が考えられる。
【００２７】
信号処理部１２が入力点Ａと入力点Ｂが同じ領域であると判断した場合には、途中の非接触状態２−Ｂで行われた動作をジェスチャー動作と認識して、信号処理部１２がそのジェスチャー動作に対応するスイッチ情報に切り換え、入力点Ｂを入力した指２が接触状態２−Ａにある間、指２の位置情報とジェスチャー動作により切り換えられたスイッチ情報を出力し続けるなどの処理を行う。
【実施例１】
【００２８】
本発明の実施例を、図を参照しながら説明する。図３を用いて、ジェスチャー動作を説明する。
【００２９】
まず、操作者はタッチパネル面１上の入力したい部分に触れる。このとき触れた位置を、第１入力点１０４−Ａとする。そして、本発明におけるジェスチャー動作によるスイッチ情報の切り換えを行うために、操作者は移動軌跡１０５のように指２をタッチパネル面から離し、非接触状態２−Ｂの状態で指２の水平移動を行い、ある程度指２を移動させたところで指２を第１入力点１０４−Ａ方向に戻し、再度第１入力点１０４−Ａ付近に触れる。このとき、移動軌跡１０５の中で、第１入力点１０４−Ａから最も遠い位置を、最遠点１０４−Ｂとし、第１入力点１０４−Ａ付近に再度触れた点を第２入力点１０４−Ｃとする。
【００３０】
このとき、第２入力点１０４−Ｃが第１入力点１０４−Ａと同じ領域かを判断する。第２入力点１０４−Ｃが第１入力点１０４−Ａと同じ領域であるか否かは、第１入力点１０４−Ａを中心に再度入力判定領域１０３を形成し、この再度入力判定領域１０３に第２入力点１０４−Ｃが入っていれば、第２入力点１０４−Ｃは第１入力点１０４−Ａと同じ領域であると判定する。図３では、再度入力判定領域１０３を正円で表現しているが、用途によって第１入力点１０４−Ａを中心とする正方形などでも可能である。
さらに、表示装置に画像を表示する外部処理装置と連動させることで、再度入力判定領域１０３を、第１入力点１０４−Ａの中心に形成するのではなく、指２が触れた表示装置上に表示されたアイコンや釦の位置と形と大きさを同じにして形成することで、操作者は第１入力点１０４−Ａと第２入力点１０４−Ｃを同じ領域にすることをあまり気にせずに、表示されたアイコンや釦を移動軌跡１０５に従って２回触れることで本発明のスイッチ入力をすることができ、操作感はさらに良くなる。
以上が、操作者の行う、ジェスチャー動作によるスイッチ情報の切り換え動作である。
【００３１】
上記入力動作が行われた場合、以下の手順でスイッチ情報の切り換えを行う。
まず、図４に示すようにして、第１入力点１０４−Ａと、第１入力点から最も離れた最遠点１０４−Ｂを結ぶ線分と基準軸１０６の為す角度θを求める。この角度θの値から、図５のように角度の範囲とスイッチ情報を予め対応づけ、前記角度θに対応するスイッチ情報に切り換える。図５では、平面角を４つに分割し４つのスイッチ情報に対応させている。理論上は角度θに対応するスイッチ情報の種類を角度θの分解能まで増やすことは可能である。しかし、操作者が第１入力点１０４−Ａと最遠点１０４−Ｂの角度を非接触状態２−Ｂで制御できるのは８方向程度が限度であるから、スイッチ情報の上限は８種類程度が妥当である。
以上がスイッチ情報の切り換えをする手順である。
【００３２】
また、実際に使用する際には、入力動作に対して、いくつかの条件を付加すると良い。この条件を図６を用いて説明する。図６は、図３の視点をタッチパネルの真上に移したものであり、各要素の関係を示している。
【００３３】
まず、付加するべき条件として、本発明のジェスチャー動作とパーソナルコンピュータで通常行われるダブルクリックのような同じポイントを２度触れる動作との混同を避けるために、第１入力点１０４−Ａと最遠点１０４−Ｂの距離に限定を加える判定条件を設ける。この判定条件として、第１入力点１０４−Ａから最も離れた最遠点１０４−Ｂが、第１入力点１０４−Ａと一定距離以上離れていること、つまり入力動作判定領域１０７の外部にあることが挙げられる。ここでの入力動作判定領域１０７は、第１入力点１０４−Ａから一定距離の範囲を示しているが、再度入力判定領域１０３と同様に第１入力点１０４−Ａを中心とした領域でなくともよい。
【００３４】
さらに、操作者が途中で入れ替わったり、操作者がジェスチャー動作を中断した場合に、ジェスチャー動作が中断されたことを判別するための判定条件を設ける。考えられる条件としては、指２が有効な位置を検出することが出来なくなった時点で本発明のジェスチャー動作としない方法も考えられる。また、判定条件として本発明のジェスチャー動作が一定時間内に行われていることが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
キーボードやマウスの様な補助入力装置としての代替手段として、使用出来るものである。
【符号の説明】
【００３６】
１  ：  タッチパネル面
２  ：  操作者の指
２−Ａ  ：  接触状態
２−Ｂ  ：  非接触状態
８  ：  面抵抗体
９  ：  抵抗性周囲電極
１０ａ  ：  検出電極
１０ｂ  ：  検出電極
１０ｃ  ：  検出電極
１０ｄ  ：  検出電極
１１  ：  引き出し線
１２  ：  信号処理部
１３  ：  静電容量結合
１４  ：  人体の接地インピーダンス
１５  ：  送信ユニット
１６  ：  受信ユニット
１７  ：  信号
１０３  ：  再度入力判定領域
１０４−Ａ  ：  第１入力点
１０４−Ｂ  ：  第１入力点から最も離れた最遠点
１０４−Ｃ  ：  第２入力点
１０５  ：  移動軌跡
１０６  ：  基準軸
１０７  ：  入力動作判定領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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