(57)【要約】      （修正有）【課題】特に次世代のタッチパネル等の入力装置を提供する。【解決手段】入力操作部５ａ上のある任意点を指１５で下方向に押圧すると、押された部分の可撓性の上部基板５が下方向に湾曲変形し、それによって前記上部基板５下に設けられた非磁性金属板４も下方向に湾曲変形する。前記湾曲変形した非磁性金属板４の部分が、その直下にあるＹ軸コイル片及びＸ軸コイル片と距離的に近づき、前記非磁性金属板４には渦電流１６が発生する。この渦電流１６により前記非磁性金属板４からは前記Ｘ軸コイル群２及びＹ軸コイル群５の方向に向かって反磁界１７が発生する。この反磁界１７の発生域の直下に置かれたＸ軸コイル片及びＹ軸コイル片には電圧変化が生じる。この電圧変化により入力位置を検出する。【選択図】図２
2005004274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルと、前記コイルよりも上方に位置する上部基板と、前記コイルに交流電流が与えられて交流磁界を誘起し、この交流磁界によって渦電流を発生させる渦電流発生手段と、を有し、
入力動作により、前記渦電流発生手段は、前記上部基板上からの入力位置の直下に位置するコイルと距離的に近づき、
前記渦電流発生手段が発生する渦電流による反磁界により前記コイルの電圧値が変化することで、前記入力位置が検出される入力装置。
【請求項２】
前記上部基板は可撓性の樹脂フィルムで、前記渦電流発生手段は非磁性金属板であり、前記非磁性金属板は前記樹脂フィルムの下面に配置される請求項１記載の入力装置。
【請求項３】
前記渦電流発生手段は、先端に非磁性金属部を有したペンである請求項１記載の入力装置。
【請求項４】
前記上部基板の幅方向をＸ軸方向、奥行き方向をＹ軸方向としたときに、前記コイルは、Ｘ軸方向に延出して延びるとともに、Ｙ軸方向に所定間隔を空けて配置された複数のＸ軸コイル、及び／または、Ｙ軸方向に延出して延びるとともに、Ｘ軸方向に所定間隔を空けて配置された複数のＹ軸コイルからなる請求項１ないし３のいずれかに記載の入力装置。
【請求項５】
前記装置内には、入力されたことを知らせるためのフィードバック手段が設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばタッチパネルなどの入力装置に係り、特に安価で且つ様々な用途で使用可能な次世代の入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タッチパネルの方式としては、抵抗膜方式、光学方式、静電容量方式、超音波方式、電磁誘導方式など様々である。
【０００３】
例えば以下の特許文献１には、抵抗膜方式や静電容量方式からなるタッチパネルの構造が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２８７９０２公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したタッチパネル方式には、それぞれに特徴点があり、用途に応じて使い分けされているのが現状である。用途による使い分けとは、例えば価格であったり耐久性などである。
【０００６】
そのため様々な用途で普遍的に使用できるタッチパネル構造が求められている。
【０００７】
また上記方式によってはペン入力のみが可能であり、指で入力することが不可能であったり、タッチパネル表面を確実に接触ないし押圧しないと入力できないなど、使用時に不便が生じる場合もある。
【０００８】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に次世代のタッチパネル等の入力装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明における入力装置は、複数のコイルと、前記コイルよりも上方に位置する上部基板と、前記コイルに交流電流が与えられて交流磁界を誘起し、この交流磁界によって渦電流を発生させる渦電流発生手段と、を有し、
入力動作により、前記渦電流発生手段は、前記上部基板上からの入力位置の直下に位置するコイルと距離的に近づき、
前記渦電流発生手段が発生する渦電流による反磁界により前記コイルの電圧値が変化することで、前記入力位置が検出されることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明における入力装置は渦電流を利用した次世代の入力装置である。上記入力装置によれば、少なくともコイル、上部基板、渦電流発生手段が設けられていればよく安価な構造で製造できる。
【００１１】
上記入力装置では、入力する際に接触・非接触を問わない構造にもでき、従来構造のタッチパネルに比べて入力不備等の問題が生じにくい。
【００１２】
また上記入力装置では、指での入力とペンでの入力の双方で使用できる構造にすることも可能である。
【００１３】
本発明では、前記上部基板は可撓性の樹脂フィルムで、前記渦電流発生手段は非磁性金属板であり、前記非磁性金属板は前記樹脂フィルムの下面に配置されることが好ましい。
【００１４】
前記上部基板は可撓性の樹脂フィルムであるから前記上部基板上を押圧することにより前記樹脂フィルムが湾曲変形するとともに、前記樹脂フィルム下に設けられた非磁性金属板も湾曲変形し、これによって前記非磁性金属板を入力位置の直下に位置するコイルに距離的に近づけることができる。これにより前記入力位置の直下に位置するコイルの電圧値が前記非磁性金属板で発生した渦電流による反磁界によって変化し、入力位置が検出される。
【００１５】
また前記渦電流発生手段は、先端に非磁性金属部を有したペンであってもよい。前記ペンを上部基板上に近づけあるいは接触させれば、前記ペンに設けられた非磁性金属部と、その直下に位置するコイルとが距離的に近づく。これにより前記コイルの電圧値が前記非磁性金金属部で発生した渦電流による反磁界によって変化し、入力位置が検出される。
【００１６】
また本発明では、前記上部基板の幅方向をＸ軸方向、奥行き方向をＹ軸方向としたときに、前記コイルは、Ｘ軸方向に延出して延びるとともに、Ｙ軸方向に所定間隔を空けて配置された複数のＸ軸コイル、及び／または、Ｙ軸方向に延出して延びるとともに、Ｘ軸方向に所定間隔を空けて配置された複数のＹ軸コイルからなることが好ましい。これによってＸ軸方向及び／またはＹ軸方向の入力位置を適切に検出できる。
【００１７】
また、前記装置内には、入力されたことを知らせるためのフィードバック手段が設けられていてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における入力装置（例えばタッチパネル）１を構成する部材の一部の構成部材のみを図示した分解斜視図、図２Ａは、図１に示す構成部材と、その他の構成部材とを組立てて完成した入力装置１の正面側を切断し、その切断面を含む前記入力装置１の部分斜視図、図２Ｂは、入力動作を示す前記入力装置１の部分拡大断面図である。
【００１９】
図１に示す符号２は、Ｘ軸コイル群であり、符号３はＹ軸コイル群である。ここでＸ軸方向とは、図２に示す入力装置１の幅方向を指し、Ｙ軸方向とは前記入力装置１の奥行き方向を指す。Ｚ軸方向は入力装置１の厚み方向である。
【００２０】
前記Ｘ軸コイル群２は、複数のＸ軸コイル片２ａからなり、各Ｘ軸コイル片２ａは、Ｘ軸方向に延びる２本の脚部２ａ１，２ａ１と、前記脚部２ａ１，２ａ１の一方の端部どうしを繋ぐ連結部２ａ２とで構成されたコの字状の平面コイルである。ただし本発明では、各Ｘ軸コイル片２ａはＸ軸方向に長く延びる形態であればいかなる形態であってもよく、コの字状に限るものではない。
【００２１】
各Ｘ軸コイル片２ａは、Ｙ軸方向に所定間隔を置いて多数配置されている。
前記Ｙ軸コイル群３は、複数のＹ軸コイル片３ａからなり、各Ｙ軸コイル片３ａは、Ｙ軸方向に延びる２本の脚部３ａ１，３ａ１と、前記脚部３ａ１，３ａ１の一方の端部どうしを繋ぐ連結部３ａ２とで構成されたコの字状の平面コイルである。ただし本発明では、各Ｙ軸コイル片３ａはＹ軸方向に長く延びる形態であればいかなる形態であってもよく、コの字状に限るものではない。
【００２２】
各Ｙ軸コイル片３ａは、Ｘ軸方向に所定間隔を置いて多数配置されている。
図１に示すように各Ｙ軸コイル片３ａは交流電源６に接続されて交流回路を形成しており、また各Ｙ軸コイル片３ａには切替手段（スイッチ）７が接続されている。今、図示最も左下にあるＹ軸コイル片３ａに接続された切替手段７が導通状態であり、このＹ軸コイル片３ａに高周波の交流電流が流れている。他のＹ軸コイル片３ａに接続された切替手段７は切られている（無効の状態）が、所定時間置きに次々と切替手段７が切り替えられて、各Ｙ軸コイル片３ａに交流電流が次々と流れるように制御されている。なおＸ軸コイル群２も同様に制御されている。
【００２３】
図１に示す符号４は非磁性金属板である。前記非磁性金属板４は、例えばアルミや銅などである。前記非磁性金属板４の平面形状の大きさは、少なくとも前記Ｘ軸コイル群２及びＹ軸コイル群３上を完全に覆う大きさである。
【００２４】
図１に示す符号５は上部基板であり、この実施形態では前記上部基板５は、可撓性の樹脂フィルムである。前記樹脂フィルムにはポリエステルフィルムやＰＥＴフィルム等、既存の樹脂フィルムを選択できる。図１に示すように前記上部基板５の下面に前記非磁性金属板４が設けられている。前記非磁性金属板４は前記樹脂フィルム下に印刷やスパッタリング、あるいは金属箔により形成される。
【００２５】
図２Ａに示すように、本発明における入力装置１は、例えばガラスで形成された下部基板１０上に、前記Ｘ軸コイル群２が設けられ、前記Ｘ軸コイル群２の上に絶縁シート１１を介して前記Ｙ軸コイル群３が配置される。前記Ｙ軸コイル群３上には所定の間隔を置いて前記非磁性金属板４が対向し前記非磁性金属板４上に設けられた樹脂フィルム（上部基板）５が前記下部基板１０との間でスペーサ１４を介して設けられる。
【００２６】
図２Ａに示すように、前記上部基板５の上面のうち点線で囲まれた範囲が入力操作部５ａである。前記入力操作部５ａは、前記上部基板５下にある非磁性金属板４、Ｙ軸コイル群３、及びＸ軸コイル群２上を覆う大きさである。前記非磁性金属板４、Ｙ軸コイル群３及びＸ軸コイル群２が、前記上部基板５下の全面にあれば、前記樹脂フィルム上の全面が入力操作部５ａとして機能する。
【００２７】
次に、図２Ａに示す入力装置１を用いて入力動作を行った際の位置検出の原理について以下に説明する。
【００２８】
前記Ｘ軸コイル群２を構成する各Ｘ軸コイル片２ａ、およびＹ軸コイル群３を構成する各Ｙ軸コイル片３ａにはそれぞれ交流電源６から交流電流が与えられて前記非磁性金属板４に向けて交流磁界が誘起された状態になっている。
【００２９】
今、図２Ｂに示すように、前記入力操作部５ａ上のある任意点を指１５で下方向に押圧し、あるいは押圧しながら指１５を前記入力操作部５ａ上で動かすと、押された部分の可撓性の上部基板５が下方向に湾曲変形し、それによって前記上部基板５下に設けられた非磁性金属板４も下方向に湾曲変形する。
【００３０】
このため下方向に湾曲変形した非磁性金属板４の部分が、その直下にある前記Ｙ軸コイル片３ａ及びＸ軸コイル片２ａと距離的に近づき、前記非磁性金属板４には、電磁誘導により磁束の変化を打ち消そうと渦電流１６が発生する。
【００３１】
この渦電流１６により前記非磁性金属板４からは前記Ｘ軸コイル群２及びＹ軸コイル群５の方向に向かって反磁界１７が発生する。この反磁界１７の発生域の直下に置かれたＸ軸コイル片２ａ及びＹ軸コイル片３ａはインダクタンスが変化し、これよって電圧変化が生じる。そして電圧の変化量が最大となるＸ軸コイル片２ａを入力のＸ軸方向の位置と捉え、電圧の変化量が最大となるＹ軸コイル片３ａを入力のＹ軸方向の位置と捉え、その交差する位置を入力位置として検出する。
【００３２】
なお図２では、指１５で入力操作を行っているがペン等で入力操作を行ってもよい。
【００３３】
図３は本発明における別の入力装置２０の構造であり、前記入力装置を正面から切断し、その切断面を含む入力装置の部分斜視図である。
【００３４】
図３に示す入力装置２０の構成部材は図２Ａとほぼ同じである。以下では特に図２Ａと異なる部分について説明する。
【００３５】
図３に示す入力装置２０では、前記上部基板５は可撓性の樹脂フィルムでなくてもよく例えばガラス基板等を用いることができる。
【００３６】
図３に示す入力装置２０には、図２Ａのように、前記上部基板５の下に非磁性金属板４が設けられておらず、前記上部基板５の下にＸ軸コイル群２、絶縁シート１１及びＹ軸コイル群３が接合されている。
【００３７】
前記Ｘ軸コイル群２、絶縁シート１１及びＹ軸コイル群３は図２Ａと同様に下部基板１０上に接合されていてもよい。
【００３８】
図３に示す入力装置２０では、ペン２１の先端部が非磁性金属部２２となっている。前記非磁性金属部２２は前記ペン２１の周囲に印刷やスパッタリングあるいは金属箔により形成される。あるいは前記ペン２１の先端部の全体またはペン２１全体が非磁性金属部として構成される。
【００３９】
入力動作を行った際の位置検出の原理は図２Ｂで説明したのと同じである。すなわち前記ペン２１で例えば前記入力装置２０の入力操作部５ａ上の任意点を押したり、あるいは前記入力操作部５ａ上をなぞると、前記Ｘ軸コイル群２及びＹ軸コイル群３から生じた交流磁界によって、前記ペン２１の非磁性金属部２２に渦電流１６が生じ、前記渦電流１６により前記非磁性金属部２２から前記Ｘ軸コイル群２及びＹ軸コイル群３方向に反磁界１７が発生する。
【００４０】
前記反磁界１７の発生域の直下にあるＸ軸コイル片２ａ及びＹ軸コイル片３ａは、前記反磁界１７の影響を受けてインダクタンスが変化し、これにより電圧変化が生じる。そして電圧の変化量が最大となるＸ軸コイル片２ａを入力のＸ軸方向の位置と捉え、電圧の変化量が最大となるＹ軸コイル片３ａを入力のＹ軸方向の位置と捉え、その交差する位置を入力位置として検出する。
【００４１】
図３に示す入力装置２０のようにペン２１に非磁性金属部２２を設けた場合には、前記非磁性金属部２２を前記入力操作部５ａ上にある程度近づければ、前記非磁性金属部２２ａに渦電流１６が生じるので、位置検出が可能となる。よって前記非磁性金属部２２を前記入力操作部５ａ上に非接触であっても、入力位置の検出を可能としている。
【００４２】
図１ないし図３に示す実施形態では、Ｘ軸コイル群２及びＹ軸コイル群３の両方が入力装置内に組み込まれているが、Ｘ軸方向のみの位置検出、Ｙ軸方向のみの位置検出が必要な仕様である場合には、一方のコイル群のみが入力装置内に設けられていればよい。
【００４３】
また入力装置内に組み込まれるコイルは、Ｘ軸方向の入力位置を検知するためのＸ軸コイル群２と、Ｙ軸方向の入力位置を検知するためのＹ軸コイル群３とに分けたものでなく、例えば、図４のように、複数のスパイラル形状のコイル３０（左上のコイル３０のみスパイラル形状で図示されているが、他のコイル３０もスパイラル形状で構成されている）が、Ｘ軸方向及びＹ方向に所定間隔を空けて配置された構成であってもよい。
【００４４】
このように複数のスパイラル形状のコイル３０を配置することで、個々のコイル３０の電圧変化から入力位置を検出できる。例えば図示左上のコイル３０の電圧変化量が他のコイル３０の電圧変化量よりも最大であれば、図示左上のコイル３０の位置が入力位置として検出されることになる。
【００４５】
次に図２Ａ及び図３に示す入力装置１，２０内には、入力されたことを知らせるためのフィードバック手段４０が設けられている。
【００４６】
前記フィードバック手段４０は、例えば図２Ａや図３に示すように、上部基板５上に配置されたコイル４１と、前記コイル４１間に配置されるとともに、下部基板１０と上部基板５との間で一定の隙間を空けて対向する磁石４２，４２とで構成される。
【００４７】
図２Ａ及び図３に示す入力装置１，２０において、入力位置が検出されると、前記フィードバック手段に振動信号が入力されて上部基板５に振動を起こさせ、入力されたことを知らせる。具体的には前記コイル４１に低周波での交流電流を与え、いわゆるフレミング左手の法則によって前記コイル４１を上下させ、またこのとき磁石４２の反発力も利用して前記上部基板５に振動を与えて、入力されたことを知らせる。
【００４８】
また前記フィードバック手段４０は音によって入力を知らせるものであってもよい。
【００４９】
以上、本発明における入力装置１，２０は、安価で且つシンプルな構造の入力装置を実現でき、次世代の入力装置として期待される。特に図３のように、渦電流発生手段がペンである場合、下部基板１０は必要なく、少なくとも上部基板５とコイル及び渦電流発生手段が設けられていれば位置検出が可能である。
【００５０】
また若干、構造を変えるだけで、指での入力やペン入力を可能とし、さらに入力操作部５ａ上に接触・非接触を問わず入力が可能であり様々な用途に合わせた形で入力装置を製造できる。
【００５１】
また入力装置１，２０を構成する上部基板５、下部基板１０、及びＸ軸コイル群２、Ｙ軸コイル群３等を全て透明な部材で構成し、かかる場合、この入力装置を例えば液晶表示装置上に配置させることができる。あるいは不透明な基板を組み合わせて、単体の入力装置として使用することも可能である。
【００５２】
【実施例】
図５Ｂに示すように、０．０２５ｍｍ厚のＰＥＴシート５０の下に、最外直径が６．５ｍｍであり、７０ターンで形成されたスパイラル状のコイル５１（コイル抵抗は３５Ω）を設け、前記ＰＥＴシート５０上に、図示左側から図示右方向（矢印方向）にかけて直径が６．５ｍｍで厚みが０．０５ｍｍの円盤状のアルミ箔５２を移動させ、前記コイル５１の中心５１ａと、前記アルミ箔５２の中心５２ａ間の距離Ｔ１と、コイル電圧との関係について調べた。
【００５３】
なお実験の際、前記コイル５１には、２５０ｋＨｚ、１Ｖｐｐの条件で交流電流を流している。図５Ａに示すように、前記Ｔ１が小さくなるほど前記コイル電圧は小さくなることがわかる。前記Ｔ１が０ｍｍ、すなわちコイル５１の中心５１ａとアルミ箔５２の中心５２ａとが一致したとき、最も前記コイル電圧が小さくなることがわかる。
【００５４】
これは、前記アルミ箔５２が前記コイル５１に近づくと、前記アルミ箔５２に渦電流が生じ、その渦電流による反磁界の影響を受けて前記コイル５１のインダクタンスが小さくなったためである。
【００５５】
前記アルミ箔５２の中心５２ａと前記コイル５１の中心５１ａとが一致すると、両者は最大限に重なった状態になり前記アルミ箔５２に一番強く渦電流が生じるため、反磁界も最も大きくなり前記コイル電圧値が最も顕著に低下する。
【００５６】
本発明は図５Ａの実験結果の原理を利用したものである。すなわち図２Ａに示す非磁性金属板４や図３に示す非磁性金属部２２からなる渦電流発生手段を、コイル群２，３に近づけ、このとき、最も前記コイル群２，３に近づいた渦電流発生手段から最も強い反磁界が、その直下にあるコイル片２ａ，３ａに与えられるため、最も大きな反磁界を受けた前記コイル片２ａ，３ａでの電圧変動が他のコイル片に比べて一番大きくなり、最もコイル電圧の変動が激しいコイル片２ａ，３ａの交差位置を入力位置として検出しているのである。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、安価で且つシンプルな構造の入力装置を実現できる。
【００５８】
また若干、構造を変えるだけで、指での入力やペン入力を可能とし、さらに入力操作部上に接触・非接触を問わず入力が可能であり様々な用途に合わせた形で入力装置を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における入力装置（例えばタッチパネル）を構成する部材の一部の構成部材のみを図示した分解斜視図、
【図２】図２Ａは、図１に示す構成部材と、その他の構成部材とを組立てて完成した入力装置の正面側を切断し、その切断面を含む前記入力装置の部分斜視図、図２Ｂは、入力動作を示す前記入力装置１の部分拡大断面図、
【図３】図２Ａとは別の構造の入力装置の部分斜視図、
【図４】図１とは別のコイルパターンを示す部分平面図、
【図５】図５Ａは、アルミ箔円板の中心とコイル中心間の距離Ｔ１とコイル電圧との関係を示すグラフ、図５Ｂは具体的な実験の方法を説明するための説明図、
【符号の説明】
１、２０  入力装置
２  Ｘ軸コイル群
２ａ  Ｘ軸コイル片
３  Ｙ軸コイル群
３ａ  Ｙ軸コイル片
４  非磁性金属板
５  上部基板
５ａ  入力操作部
６  交流電源
１０  下部基板
１４  スペーサ
１６  渦電流
１７  反磁界
２１  ペン
２２  非磁性金属部
３０  コイル
４０  フィードバック手段
【図１】
2005004274.tif 000003
【図２】
2005004274.tif 000004
【図３】
2005004274.tif 000005
【図４】
2005004274.tif 000006
【図５】
2005004274.tif 000007