(57)【要約】  マルチタッチスクリーンあるいはマルチタッチパッドは、柔軟性を有する表面の下に多数の圧力センサーを備えており、上記表面の変形および圧力分布を測定する。上記表面は柔軟性を有しているので接触による変形により圧力の極大値が局所的に生じる。局所的な圧力の極大値は複数存在し得るので、複数の接触位置を同時に検出できる。また、圧力あるいは圧力分布の強度に応じて押された力を検出し、ユーザーインターフェースにおいてこの検出した情報を用いるようにしてもよい。上記センサーは、センサー面として設計されたＰＣＢトラック上に圧力に応じて抵抗値が変化するインクを印刷することにより非常に効率的かつ安価に製造することができる。できるだけ抵抗値の低いインクを印刷することによって上記ＰＣＢトラックおよび上記センサー面を形成してもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性を有する表面における指または他の物で触れられた位置を、上記表面の端部だけでなく上記表面の全域に配列して配置され、対応する位置に作用する圧力を測定する複数の圧力センサーによって検出するタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項２】
上記圧力センサーは抵抗式圧力センサーである請求項１に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項３】
上記圧力センサーは圧力に応じて電気抵抗値が変化する材料からなる請求項２に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項４】
上記圧力センサーは、予めＰＣＢ（printed circuit board；プリント回路板）トラックが形成されている基板上に圧力に応じて電気抵抗値が変化する上記材料を印刷工程によって印刷したものである請求項３に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項５】
上記ＰＣＢトラックは、印刷工程によって基板上に印刷されたものである請求項４に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項６】
測定される抵抗値を小さくすることによって感度を高めるために、互いに連結された複数のＰＣＢトラックを上記圧力センサーのセンサー面として用いている請求項４に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項７】
上記表面の一部は、外部からの干渉を最小限にするために抵抗測定用電子機器の接地端子に接続された導電性表面である請求項３または４に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項８】
上記センサーは、非伝導性の基板上に印刷されており、
上記基板は、プラスチック、テキスタイル、紙、または厚紙である請求項４から７のいずれか１項に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項９】
上記センサーは、非伝導性の基板上に絶縁膜を形成した後に印刷されたものであり、
上記基板は、導電性プラスチック、テキスタイル、金属、または金属箔である請求項４から７のいずれか１項に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項１０】
配列された上記センサー上の最上層に上記センサーを電気的および機械的に保護するための絶縁層が形成されている請求項３から９のいずれか１項に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項１１】
圧力に応じて電気抵抗値が変化する上記材料は、上記表面の全域に設けられている請求項３から９の何れか１項に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項１２】
上記圧力センサーは容量性圧力センサーである請求項１に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項１３】
上記センサーは上記表面の変形量を測定するセンサーである請求項１に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項１４】
上記センサーは、当該センサーと上記表面との距離を測定する請求項１３に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項１５】
上記センサーは、ディスプレイの背面に直接取り付けられているか、あるいは請求項５から１２に従って印刷されている請求項１３に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項１６】
上記各センサーによって検出した圧力分布を梃子の原理に応じて補間した結果と、予めわかっている上記表面の柔軟性とを用いて、指または他の物で触れられた上記位置を検出する請求項１に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項１７】
指または他の物で触れられた上記位置に最も近いセンサーによって検出される、上記各センサーの検出値の極大値を上記表面の柔軟性に応じて算出する請求項１に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項１８】
指または他の物で触れられた上記位置に対して、上記センサー同士の間隔、上記センサーの測定精度、および上記表面の柔軟性によって定義される所定距離以上離れた位置が触れられた場合に、これら各接触によって生じる各極大値により各接触位置を識別可能に検出する請求項１に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項１９】
上記表面は、柔軟性を有する薄型のディスプレイである請求項１に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項２０】
上記ディスプレイは、巻くこと、折り目をつけること、折りたたむこと、あるいは曲げることが可能である請求項１９に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項２１】
上記圧力センサーは、請求項５から１２に記載されている印刷工程によってフレキシブルディスプレイに直接設けられた変形量センサーである請求項１９に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項２２】
上記ディスプレイは、ＴＦＴディスプレイ、ＯＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、双安定型または全安定型ディスプレイ（例えばｅ−ｉｎｋ）または従来から公知の電子ペーパー、またはＬＣＤディスプレイである請求項１９に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【請求項２３】
上記圧力センサーは、透明なディスプレイの前面に配置されている請求項１９に記載のタッチスクリーンまたはタッチパッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触位置を検出するタッチスクリーンあるいはタッチパッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械やコンピュータとの対話方法として、例えば、マウス、キーボード、タッチスクリーン、タッチパッド、各種センサーなど、様々な方法が知られている。
【０００３】
特に、近年では、装置に対して直接指示入力を行うとそれがスクリーンを介して即座にフィードバックされるタッチスクリーン技術が普及している。また、特に携帯型装置では、ディスプレイとタッチインターフェースとを備えた構成にすることにより、ディスプレイとキーボード等とを別々に備えた構成よりも占有スペースを低減することが図られている。また、例えばノートパソコン等では、マウスの代わりとしてタッチパッド（タッチ検出可能な平面）が用いられている。
【０００４】
本発明は、複数本の指、スタイラス、あるいは他の物によって触れられた位置を検知可能なマルチタッチ入力装置（タッチスクリーンあるいはタッチパッド）に関するものであり、１つのディスプレイに対して同時に複数のユーザが指示入力を行うことのできる新規なタッチ入力装置に関するものである。また、本発明は、複数の指で直観的に指示入力を行えるタッチ入力装置に関するものである。これらの装置には、小型化が困難あるいは不可能であり、また高価であるという問題があった。すなわち、これまでのところ、上記の装置を安価で頑丈で小型化が容易なものにするための解決策がなかった。
【０００５】
マルチタッチ二次元入力装置は、従来、画像認識方式（imaging method）、あるいはディスプレイ上に透明な容量性センサーアレイを配置する方式によって実現されている。また、電磁誘導方式（inductive methods）も考えられる。
【０００６】
画像認識方法では、赤外線カメラによってガラスあるいはアクリルからなる半透明の投影面が監視される。描画されるコンピュータ画像は発光手段によってこの投影面の下から投影面上に投影され、それと同時にこの投影面は側方から赤外光で照らされる。１または複数の指でこの投影面に触れると、ガラス面における触れられた位置の屈折率が変化し、赤外線カメラの画像において上記の１または複数の指の位置を検出することができる。これにより、画像認識手段によってこれらの位置を配置し、その結果に基づいてこれらの位置を算出することができる。現在、この画像認識方法は、携帯型装置で用いられているような十分に平坦な画面には適用されている。
【０００７】
なお、ＴＦＴディスプレイの背面に赤外線ＬＥＤアレイおよびセンサーを配置し、指で反射された赤外線ＬＥＤの照射光を検出する構成についてさまざまな実験が行われている。
【０００８】
しかしながら、ＬＥＤを用いることによって消費電力が大きくなるので、この方法は携帯型装置には適していない。また、外部から入射する赤外線（例えば日光）を検出してしまうという問題もある。
【０００９】
また、ディスプレイの製造工程においてセンサーを組み込む方法もある。しかしながら、この方法は、ディスプレイテクノロジーに依存しており、非常に特殊である。ディスプレイの製造後にそれらを組み込むことはできない。
【００１０】
容量性マルチタッチインターフェースでは、指あるいはその他の指示手段が接近した１または複数のセンサーの静電容量の変化が測定される。これにより、アレイ状に配置された各種センサーの信号に基づいて１または複数の指の位置を算出することができる。容量性センサー技術は、迷放射線（stray radiation）の妨害に弱く、現在の一般的なディスプレイには浸透していない。これらのセンサーはインジウム錫酸化物の基板上に透明に形成されてディスプレイ上に配置される。このため、これらのインターフェースは、インジウムが地球上における希少な物質の１つであることから非常に高価である。さらに、これらは完全には透明でないので、スクリーン表面の視認性や、インターフェース上における反射特性の低下を招いてしまう。
【００１１】
電磁誘導方式は、電子部品を含む特殊なスタイラスを用いる必要があるという本質的な問題がある。
【００１２】
１本の指のみを検出することのできるタッチスクリーンインターフェースあるいはタッチパッドインターフェースとしては、現在でもさまざまな方法がある。
【００１３】
それらの中には、ディスプレイの角部に圧力センサーを配置し、各センサーの圧力状態の違いに基づいて、梃子の原理（lever rule）を用いて指の位置を検出する方法がある。
しかしながら、これらの方法は、複数本の指またはスタイラスの位置を検出する構成に適用することができない。また、十分な精度で位置を検出するためには、表面が柔軟ではないことが必要であり、場合によっては表面の曲げに対する補強を行う必要がある。
【００１４】
また、表面における圧力状態の相違をできるだけ正確に検出するために、圧力センサーアレイを用いる方法もある。この方法は、例えば、医療目的（起立時あるいは歩行時における足裏の圧力状態の検出）、あるいは精密機器測定技術（例えばブレーキディスクにおけるブレーキパッドとの接触面全域における圧力分布の測定など）に用いられている。
【００１５】
上述した各技術は、特許文献１〜１４に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６０３１３７６号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９６３２８６６号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０６８４５７８号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第０７５４３７０号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第０９３２１１７号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開第１６２１９８９号明細書
【特許文献７】欧州特許出願公開第１７４５３５６号明細書
【特許文献８】欧州特許出願公開第１８５３９９１号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００５０８３３１０号明細書
【特許文献１０】米国特許第５９４５９８０号明細書
【特許文献１１】米国特許第６１８８３９１号明細書
【特許文献１２】米国特許第７０３０８６０号明細書
【特許文献１３】国際公開第０４１１４１０５号
【特許文献１４】国際公開第２００４０４４７２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本願請求項１にかかる発明の目的は、効率がよく、安価であり、頑丈であり、妨害に強く、小型化が容易であり、携帯型装置に用いることもできる、シングルタッチ型またはマルチタッチ型のタッチディスプレイあるいはタッチパッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題は、各独立請求項の特徴を有する装置によって達成される。具体的には、個々のセンサーを評価可能にするための信号配線とともに基板（１）上に二次元アレイ状に配置された圧力センサー（３）によって達成される。各圧力センサーは、ディスプレイ、あるいは厚さが薄くタッチスクリーンに利用することができる柔軟性を有するディスプレイ（４）の表面、あるいはタッチパッドとして用いられる柔軟性を有する材料（４）（例えばＰＶＣ、紙状のアクリル、テキスタイルなど）に接触するように上記アレイ状に配置される。
【００１９】
従来のディスプレイは一般に薄く、ある程度の柔軟性を有している。タッチパッド（ディスプレイを有さない）として用いる場合には、当該タッチパッドの表面の材質として柔軟性を有する材質を選択してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
図面およびその説明は、本発明の理解を促進するための典型的な実施形態を示すものである。
【図Ａ】センサー層と表示層とを有するディスプレイの層構造を示す透視図である。
【図Ｂ−Ｂ（１）】上記層構造を側方の異なる角度から見た図である。
【図Ｂ−Ｂ（２）】上記層構造を側方の異なる角度から見た図である。
【図Ｃ】多数のセンサーのうちの１つを上方から見た場合の概略図である。
【図Ｄ−Ｄ】図Ｃのセンサーを側方から見た場合の図である。
【図Ｅ−Ｅ】圧力が作用することによって抵抗値が変化した状態のセンサーの側面図である。
【図Ｆ】圧力センサーが形成される位置において互いに連結された複数のＰＣＢトラックを有する圧力感応インクを上方から見た図である。
【図Ｇ】格子状グリッドを有する多層センサーにおける、最上部のＰＣＢトラックおよび最下部のＰＣＢトラックとが短絡するような圧力によって抵抗値が変化している状態のグリッドの結節点を示す図である。
【図Ｈ】図Ｇの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
上記の各図面について以下に詳細に説明する。
【００２２】
図Ａは、センサー層と表示層とを有するディスプレイの層構造を示す透視図である。
【００２３】
指あるいは他の物（Ｆ１）がディスプレイあるいは表面（４）に接触すると、この接触による圧力が、梃子の原理に従って接触位置の下にあるセンサー（図Ｂ−Ｂ（１）におけるＲ１およびＲ２）に可変的に伝達される。梃子の原理により、全センサーによって経路（パス）Ｌ１およびＬ２が明確に検出される。そして、これにより、第２の接触点を識別することはできないものの、３つのセンサーのみを用いて上記表面上の指の位置を検出できる。しかしながら、上記ディスプレイあるいは上記表面はわずかに弾性を有しているので、接触された位置において容易かつ可逆的に変形する（図Ｂ−Ｂ（２））。この変形により、梃子の原理に従って、接触された位置に近いほど大きい荷重がかかり、接触された位置から離れるほど作用する荷重は小さくなる。これにより、接触された位置の直近のセンサーの検出値が最大値になる。
【００２４】
その後、適切な距離を隔てた位置で第２の接触（Ｆ２）が生じると、この接触の圧力により、梃子の原理に従って、上記表面の変形による最大荷重が局所的に生じる。上記の各接触位置同士の適切な距離は、センサー同士の間隔、センサーの測定精度、および上記表面の弾力性に応じて定義される。
【００２５】
なお、上記のようなアレイ状に配置された圧力センサーは、印刷工程により、圧力（９）に応じて抵抗値が変化する材料を、ＰＣＢトラック（５、６、および８）を有する基板（７）上に印刷することによって製造できる。この製造方法において、ステンシルを介してプリント回路基板上にはんだペーストを付ける、プリント回路基板の標準的な製造工程を用いると非常に効率的である。ただし、本発明の製造方法はこの方法に限定されるものではない。同様の成果を得ることができる他の製造工程も存在する。同様の方法によって用意されたＰＣＢ上に、感圧性を有するインクを印刷するようにしてもよい。上記ＰＣＢは上記インクの抵抗値を測定するための圧力センサーが形成される位置において互いに接続されたトラックを有している（図６）。なお、上記センサーの厚さを増すための合成材料（synthetic material）層を設けてもよい。これにより、上記表面あるいは上記ディスプレイとセンサーとの間の間隔を増加させることができるので、ディスプレイに対するタッチ入力を保証するとともに、上記表面と上記基板（７）とが接触することなく上記表面を変形させることができる。
【００２６】
なお、上記表面と上記基板（７）との接触は、隣接するインク（９）同士の間隔が狭くなるように配置されたインク（９）自身によって適切な形状（例えば正方形、六角形など）の上記表面が形成されるセンサーを用いることによっても回避できる。なお、タッチパッドとして用いる場合には、付加的な表面を設ける必要はない。この方法を用いることにより、圧力センサーの製造工程を、電子機器の製造工程に対して非常に効率的かつ安価に統合することができる。
【００２７】
なお、抵抗値ができるだけ低く、かつ抵抗値が変化しない材料またはインクを従来の印刷工程によって基板上に印刷することにより、ＰＣＢトラック（１１および１３）を形成するようにしてもよい。
【００２８】
まず、基板（１０）上にＰＣＢトラックに対応するセンサーアレイ領域（１１）を印刷する。その後、圧力に応じて抵抗値が変化するインク（１２）をセンサー面（１１）に印刷する。
【００２９】
その後、ＰＣＢトラックをセンサー面（１３）に印刷する。センサー面（１１）をインク（１２）によって完全に取り囲むことにより、センサーの最上層とセンサーの最下層との短絡は生じない。これにより、アクティブ面（Ａｗ）の抵抗値を測定できるようになる。
【００３０】
この方法によれば、上記センサーを、実質的にどのような基板に対しても形成することができる。なお、基板が導電性を有している場合、はじめに基板上に絶縁層を形成する必要がある。この絶縁層は、印刷工程あるいはその他の適切な方法によって形成すればよい。接触する物質に対する絶縁性が必要な場合には、上記センサーおよび上記ＰＣＢトラック上に絶縁層を設けてもよい。
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【手続補正書】
【提出日】平成22年4月27日(2010.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
この方法によれば、上記センサーを、実質的にどのような基板に対しても形成することができる。なお、基板が導電性を有している場合、はじめに基板上に絶縁層を形成する必要がある。この絶縁層は、印刷工程あるいはその他の適切な方法によって形成すればよい。接触する物質に対する絶縁性が必要な場合には、上記センサーおよび上記ＰＣＢトラック上に絶縁層を設けてもよい。なお、上述の実施形態は本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は上述の実施形態によって限定されるものではなく、請求項の記載によって規定される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイを有するタッチスクリーンであって、
指または他の物で触れた柔軟性を有する表面上の位置を、自身に対応する位置に作用する圧力を測定する複数のセンサーを上記表面の端部だけでなく上記表面の全域に配列して配置したセンサーアレイによって検出し、
上記変形量センサーは、フレキシブルディスプレイの背面に直接取り付けられているか、あるいはフレキシブルディスプレイに印刷されているタッチスクリーン。
【請求項２】
上記センサーは抵抗式圧力センサーである請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項３】
上記センサーは圧力に応じて電気抵抗値が変化する材料からなる請求項２に記載のタッチスクリーン。
【請求項４】
上記センサーは、予めプリント回路板トラックが形成されている基板上に圧力に応じて電気抵抗値が変化する上記材料を印刷工程によって印刷したものである請求項３に記載のタッチスクリーン。
【請求項５】
上記プリント回路板トラックは、印刷工程によって基板上に印刷されたものである請求項４に記載のタッチスクリーン。
【請求項６】
測定される抵抗値を小さくすることによって感度を高めるために、互いに連結された複数のプリント回路板トラックを上記センサーのセンサー面として用いている請求項４に記載のタッチスクリーン。
【請求項７】
上記表面の一部は、外部からの干渉を最小限にするために抵抗測定用電子機器の接地端子に接続された導電性表面である請求項３に記載のタッチスクリーン。
【請求項８】
上記センサーは、非伝導性の基板上に印刷されており、
上記基板は、プラスチック、テキスタイル、紙、または厚紙である請求項４に記載のタッチスクリーン。
【請求項９】
上記センサーは、非伝導性の基板上に絶縁膜を形成した後に印刷されたものであり、
上記基板は、導電性プラスチック、テキスタイル、金属、または金属箔である請求項４に記載のタッチスクリーン。
【請求項１０】
配列された上記センサー上の最上層に上記センサーを電気的および機械的に保護するための絶縁層が形成されている請求項３に記載のタッチスクリーン。
【請求項１１】
圧力に応じて電気抵抗値が変化する上記材料は、上記表面の全域に設けられている請求項３に記載のタッチスクリーン。
【請求項１２】
上記センサーは容量性圧力センサーである請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項１３】
上記センサーは上記表面の変形量を測定するセンサーである請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項１４】
上記センサーは、当該センサーと上記表面との距離を測定する請求項１３に記載のタッチスクリーン。
【請求項１５】
上記各センサーによって検出した圧力分布を梃子の原理に応じて補間した結果と、予めわかっている上記表面の柔軟性とを用いて、指または他の物で触れられた上記位置を検出する請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項１６】
指または他の物で触れられた上記位置に最も近いセンサーによって検出される、上記各センサーの検出値の極大値を上記表面の柔軟性に応じて算出する請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項１７】
指または他の物で触れられた上記位置に対して、上記センサー同士の間隔、上記センサーの測定精度、および上記表面の柔軟性によって定義される所定距離以上離れた位置が触れられた場合に、これら各接触によって生じる各極大値により各接触位置を識別可能に検出する請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項１８】
上記ディスプレイは、巻くこと、折り目をつけること、折りたたむこと、あるいは曲げることが可能である請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項１９】
上記センサーは、印刷工程によってフレキシブルディスプレイに直接設けられた変形量センサーである請求項１８に記載のタッチスクリーン。
【請求項２０】
上記ディスプレイは、ＴＦＴディスプレイ、ＯＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、双安定型または全安定型ディスプレイ、ｅ−ｉｎｋまたは従来から公知の電子ペーパー、またはＬＣＤディスプレイである請求項１８に記載のタッチスクリーン。
【国際調査報告】
2011501307.tif 000005
2011501307.tif 000006
2011501307.tif 000007
2011501307.tif 000008