(57)【要約】【課題】接触操作を検出する構成であっても操作感を与えることができる入力装置を提供する。【解決手段】入力装置１０は、表面が操作面である保護パネル１１と、保護パネル１１の裏面に配置され、入力領域２７に形成された透明電極２４、および周囲領域２８に形成され、透明電極２４と通電する引き回し配線２５を有する第１フィルム２１と、第１フィルムのパネルとは反対側の裏面に配置され、入力領域２７に形成された透明電極２４、および周囲領域２８に形成され、透明電極２４と通電する引き回し配線２５を有する第２フィルム２２と、第１フィルム２１および第２フィルム２２の少なくともいずれか一方の周囲領域２８に設けられ、設けられたフィルムの歪みに応じて抵抗値を変化させる歪みゲージ２６と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネル（１１）の表面に対する押圧または接触操作の有無を検出することによって入力が行われる入力装置（１０）において、
表面が操作面であるパネル（１１）と、
前記パネルの裏面に配置され、第１入力領域（２７）に形成された第１電極（２４）、および前記第１入力領域の周囲を囲む第１周囲領域（２８）に形成され、前記第１電極と通電する第１配線（２５）を有する第１フィルム（２１）と、
前記第１フィルムの前記パネルとは反対側の裏面に配置され、第２入力領域（２７）に形成された第２電極（２４）、および前記第２入力領域の周囲を囲む第２周囲領域（２８）に形成され、前記第２電極と通電する第２配線（２５）を有する第２フィルムと、
前記第１フィルムおよび前記第２フィルムの少なくともいずれか一方の周囲領域に設けられ、設けられたフィルムの歪みに応じて抵抗値を変化させる歪みゲージ（２６）と、を含む入力装置。
【請求項２】
前記パネル、前記各フィルムおよび前記各電極は、透光性を有し、
前記第２フィルムの前記第１フィルムの反対側に配置され、画像を表示する表示部（１２）をさらに含む請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記歪みゲージが設けられたフィルムにおいて、配線と前記歪みゲージを構成する電気抵抗線（２６ａ）とは、同じ材質からなる請求項１または２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記歪みゲージが設けられたフィルムにおいて、電極と配線と前記歪みゲージを構成する電気抵抗線（２６ａ）とは、同じ材質からなる請求項１または２に記載の入力装置。
【請求項５】
前記歪みゲージの抵抗値を用いて歪みを算出し、前記第１電極と前記第２電極と間の静電容量の変化を用いて接触位置を算出する制御部（１５）をさらに含み、
前記制御部は、前記歪みが所定の閾値よりも高く、前記歪みの時間変化が予め設定される許容範囲内にある場合に、前記操作面が押圧操作されたと判断する請求項１〜４のいずれか１つに記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パネルの表面に対する押圧または接触操作の有無を検出することによって入力が行われる入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示の車載機器の入力装置には、手指等との間に生じる静電容量の変化を検出するタッチスイッチが設けられている。こうした入力装置では、操作者に向けて露出したパネルがタッチスイッチの操作面を形成している。入力者は、手指を操作面に触れさせる接触操作により、タッチスイッチへの入力を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２４５６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の特許文献１に記載のタッチスイッチは、静電容量の変化を利用しているので、操作したときの操作感がない。そこで操作感を補うために接触操作したときに、振動させたり音を発生させたりして、接触操作のフィードバックを行っている。しかしながら、フィードバックだけでは既存のメカスイッチほどの操作感がないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、接触操作を検出する構成であっても操作感を与えることができる入力装置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】
【０００６】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
本発明は、表面が操作面であるパネル（１１）と、パネルの裏面に配置され、第１入力領域（２７）に形成された第１電極（２４）、および第１周囲領域（２８）に形成される第１配線（２５）を有する第１フィルム（２１）と、第１フィルムのパネルとは反対側の裏面に配置され、第２入力領域（２７）に形成された第２電極（２５）、および第２周囲領域（２８）に形成される第２配線（２５）を有する第２フィルムと、第１フィルムおよび第２フィルムの少なくともいずれか一方の周囲領域に設けられ、設けられたフィルムの歪みに応じて抵抗値を変化させる歪みゲージ（２６）と、を含む入力装置である。
【０００８】
このような本発明に従えば、歪みゲージが設けられているので、フィルムの歪みを歪みゲージによって検出することができる。操作面を押し込むと歪みが発生するので、操作面への単なる接触だけでなく、操作面を押し込んだ操作を歪みゲージによって検出することができる。操作面を押し込む操作することによって、操作者には操作面からの反力が加わる。したがって、たとえば単なる接触のときには入力と判断せずに、押し込みのときに入力したと判断することによって、押し込み入力したときの操作感を与えることができる。
【０００９】
なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】入力装置を示す図である。
【図２】第１フィルムおよび第２フィルムを積層した状態を示す図である。
【図３】第１フィルムを示す正面図である。
【図４】第２フィルムを示す正面図である。
【図５】歪みの時間経過を示すグラフである。
【図６】第２実施形態の入力装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態を用いて説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００１２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図５を用いて説明する。入力装置１０は、保護パネル１１の表面に対する押圧または接触操作の有無を検出することによって入力が行われる。本実施形態の入力装置１０は、車両に搭載された空調装置２０を操作するためのユーザインターフェースを形成している。入力装置１０は、たとえば車室内のインストルメントパネルに設置され、操作者の手指の届き易い範囲に保護パネル１１を露出させている。操作者は、保護パネル１１への接触操作により、空調装置２０の作動状態を操作することができる。こうした空調装置２０の作動状態は、入力装置１０に設けられた表示部１２によって操作者に通知される。
【００１３】
入力装置１０は、板状の表示部１２の上に、第２フィルム２２、第１フィルム２１および保護パネル１１を順に重ねている。表示部１２は、たとえば液晶表示装置である。表示部１２は、液晶表示装置に限らず、その他の公知の表示装置が使用できる。
【００１４】
保護パネル１１は、入力装置１０の最も外側に設けられ、表面が操作者が接触操作する操作面となる。保護パネル１１は、たとえば板状である透光性の樹脂材料からなる。保護パネル１１は、たとえば遮光性塗料による塗装、または遮光性インクによる印刷を施して、表面に図形などを形成することができる。
【００１５】
第１フィルム２１および第２フィルム２２は、タッチスイッチを形成している。各フィルムは、膜状に形成され、保護パネル１１において操作面の反対側に位置する裏面に、両面テープまたは接着剤等によって取り付けられている。各フィルムは、絶縁フィルム２３、透明電極２４および引き回し配線２５等によって構成されている。絶縁フィルム２３は、ポリエチレンテレフタレートやポリイミド等の透光性の薄膜材によって形成されている。
【００１６】
第１フィルム２１は、保護パネル１１の裏面に配置される。第１フィルム２１は、図３に示すように、長方形状であり、透明電極２４、引き回し配線２５および歪みゲージ２６を有する。透明電極２４は、絶縁フィルム２３に塗布された導電性高分子塗料、たとえばＰＥＤＯＴ等によって形成される透光性の導電層である。透明電極２４は、第１フィルム２１の中央に位置する入力領域２７に配置される。入力領域２７は、表示部１２が画像を表示する表示面の大きさに対応している。透明電極２４は、第１フィルム２１の幅方向、すなわち図３の左右方向に延びる短冊状であり、長さ方向に間隔をあけて複数、配置されている。
【００１７】
各透明電極２４からは、透明電極２４と通電する引き回し配線２５が接続されて、引き回し配線２５が周囲に引き出されている。引き回し配線２５は、第１フィルム２１の下方の中央に集合するように設置される。引き回し配線２５は、金属等の膜材によって形成されている。引き回し配線２５は、入力領域２７の周囲の周囲領域２８に配置される。具体的には、引き回し配線２５は、透明電極２４の周囲の周囲領域２８を巡るように帯状に延伸している。周囲領域２８は、表示部１２の表示面の外側に位置している。したがって操作者から周囲領域２８は視認できない位置にある。引き回し配線２５は、制御回路１３の静電容量計測部１４と電気的に接続されている。第１フィルム２１を構成する透明電極２４は、第１電極であり、引き回し配線２５は第１配線である。また第１フィルム２１の入力領域２７が第１入力領域であり、周囲領域２８が第１周囲領域である。
【００１８】
歪みゲージ２６は、周囲領域２８に設けられ、第１フィルム２１の歪みに応じて抵抗値を変化させる。歪みゲージ２６は、電気抵抗線２６ａを図２に示すように、ジグザグ形状にレイアウトされている。歪みゲージ２６は、主に上下方向の歪みを検出するように配置される。電気抵抗線２６ａは、伸びにより断面積が減るとともに長さが大きくなり、その結果抵抗値が増える。したがって保護パネル１１が押圧されると、第１フィルム２１も同様に押圧されるので、そのときの抵抗値の変化を測定する。歪みゲージ２６は、周囲領域２８の下方側であって幅方向の両側にそれぞれ配置される。歪みゲージ２６の電気抵抗線２６ａは、引き回し配線２５と同様に、周囲領域２８に沿って延び、第１フィルム２１の下方の中央に集合するように配置される。
【００１９】
本実施形態では、入力装置１０は、下方の端部が固定されており、上方の端部が固定されていない。換言すると、入力装置１０は、下方が固定されている片持ち構造である。したがって歪みゲージ２６が下方に配置することによって、入力領域２７の上方を押圧した場合であっても、歪みを計測することができる。
【００２０】
第２フィルム２２は、第１フィルム２１の保護パネル１１とは反対側の裏面に配置される。第２フィルム２２は、図４に示すように、長方形状であり、第１フィルム２１と同様に、透明電極２４および引き回し配線２５を有する。透明電極２４は、第２フィルム２２の中央に位置する入力領域２７に配置される。入力領域２７は、第１フィルム２１の入力領域２７と同じ大きさである。引き回し配線２５は、第１フィルム２１と同様に、周囲領域２８に配置される。
【００２１】
透明電極２４は、第２フィルム２２の長さ方向、すなわち図３の上下方向に延びる短冊状であり、幅方向に間隔をあけて複数、配置されている。各透明電極２４からは、それぞれ引き回し配線２５が引き出されている。引き回し配線２５は、第２フィルム２２の下方の中央に集合するように設置される。第２フィルム２２の引き回し配線２５は、制御回路１３を通じてグラウンドに接地されている。引き回し配線２５と制御回路１３は、フレキシブルプリント配線板を通じて接続される。第２フィルム２２を構成する透明電極２４は、第２電極であり、引き回し配線２５は第２配線である。また第２フィルム２２の入力領域２７が第２入力領域であり、周囲領域２８が第２周囲領域である。
【００２２】
図２に示すように、各フィルムの透明電極２４は、正面から見るとマトリクス状に配置される。図２では、理解が容易となるように、第１フィルム２１の透明電極２４と第２フィルム２２の透明電極２４に異なるハッチングを施して示している。これによって各フィルムの透明電極２４は、入力面に触れた手指との間にて静電容量を生じさせる。したがって静電容量が変化した透明電極２４を特定することで、手指の接触位置を特定することができる。手指および透明電極２４間に生じる静電容量は、入力面から手指までの距離に応じて変化する。
【００２３】
制御回路１３は、表示部１２および空調装置２０と電気的に接続され各部を制御する。また制御回路１３は、入力装置１０に接続され、入力装置１０からの入力操作に関する信号を取得する。制御回路１３は、制御部１５、静電容量計測部１４および歪み計測部１６を含んで構成される。
【００２４】
静電容量計測部１４は、各透明電極２４から取得する信号から、各透明電極２４における静電容量を計測する。制御部１５は、計測された静電容量の変化に基づいて、保護パネル１１への接触操作の有り判定を行う。換言すると、制御部１５は、静電容量計測部１４にて算出された各透明電極２４の静電容量の値を取得し、取得した静電容量の値が予め設定された閾値を超えているか否かを比較する。制御部１５は、比較結果に基づいて保護パネル１１への接触操作の有無を判定する。
【００２５】
歪み計測部１６は、歪みゲージ２６の抵抗値を計測し、抵抗値を用いて歪みを算出する。制御部１５は、算出された抵抗値の変化に基づいて、保護パネル１１への押し込み操作の判定を行う。具体的には、制御部１５は、歪みが所定の閾値よりも高く、歪みの時間変化が予め設定される許容範囲内にある場合に、操作面が押圧操作されたと判断する。歪みの閾値は、接触位置によって異なる。たとえば下方の接触位置であると、閾値は小さく設定される。また上方の接触位置であると、閾値は大きく設定される。下方の端部が固定されているので、同じ押圧力であっても、上下方向の位置によって発生する歪みが異なるからである。
【００２６】
制御部１５は、記憶媒体に記憶されているプログラムを実行し、各部を制御する。制御部１５は、少なくともひとつの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体とを有する。制御部１５は、たとえばコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって実現される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムおよびデータを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって実現される。
【００２７】
制御部１５は、他の装置、たとえば空調装置２０と接続されており、相互に情報を送受信する。制御部１５は、操作者によって入力された接触操作に係る情報を、作動状態の変更を指示する信号を空調装置２０に向けて出力する。加えて制御部１５は、現在の作動状態を示す信号を、空調装置２０から取得する。
【００２８】
また制御部１５は、表示部１２と接続され、表示部１２に表示する画像を制御する。表示部１２は、たとえば発光ダイオードからなる光源を有し、前面方向に向けて放出する光によって画像表示する。制御部１５は、空調装置２０から取得する情報に基づいて表示部１２を制御し、空調装置２０の現在の作動状態を表示部１２に表示させる。
【００２９】
次に、入力装置１０の制御に関して説明する。入力装置１０の操作面に操作者が接触した場合、前述したように静電容量の変化によって、接触位置を検出することができる。制御部１５は、接触位置に応じて、空調装置２０の備える各機器を操作する機能が割り当てられている。こうした機能には、関連付けられた機器の動作モードを二つのうちで切り替え、たとえばオンオフする単純切替機能、関連付けられた機器の動作モードを複数のうちで切り替える循環切替機能、および関連付けられた機器の設定値を調整する調整機能等がある。
【００３０】
また制御部１５は、静電容量が変化して位置が特定したとき、歪み計測部１６による歪み量も考慮して制御する。具体的には、静電容量が変化しても、歪み量が小さいか歪みがない場合は、接触していないと判断する。また静電容量が変化して、歪み量が所定の閾値よりも大きい場合は、押圧操作されたとして、前述のように各部を制御する。この場合、接触操作と押圧操作とで異なる機能を割り当ててもよい。たとえば、同じ接触位置であっても、歪みがなく接触操作のときは、オンオフを切替え、歪みが大きく押圧操作のときは設定情報を表示するようにしてもよい。
【００３１】
次に、誤作動を防止する制御方法に関して説明する。歪み計測部１６によって計測された歪みが押圧操作による歪みか否かを判断する必要がある。そこで図５に示すように、制御部１５は、歪みが所定の閾値よりも高く、歪みの時間変化が予め設定される許容範囲内にある場合に、操作面が押圧操作されたと判断する。換言すると、制御部１５は、歪みが発生してからの時間経過で監視し、第１パターンのように、歪み量が短時間でなくなったときは、押圧操作と判断しない。短時間で歪みがなくなる原因として、振動などがある。振動は歪みの発生期間が非常に短いので、ノイズと判断することができる。たとえば歪みの発生時間が０．２秒以下の場合には、ノイズと判断する。
【００３２】
また第２パターンのように、歪みの発生時間が長い場合には、押圧操作と判断しない。歪みの発生時間が長い原因として、温度変化などがある。たとえば歪みの発生時間が１０秒以上の場合は、ノイズと判断する。これに対して第３パターンのように、歪みが発生してから終了する時間が許容範囲内にあるときは、押圧操作と判断する。許容範囲は、たとえば歪みの発生時間が０．２秒より大きく１０秒未満である。
【００３３】
また歪みは、温度によって定常的に発生する。そこでシステム起動時の歪み量を初期歪み量として原点補正する。これによって温度による歪みの計測ミスを予防することができる。
【００３４】
次に、各フィルムの製造方法に関して説明する。第１フィルム２１は、絶縁フィルム２３に透明電極２４、引き回し配線２５および歪みゲージ２６を形成することによって製造される。透明電極２４、引き回し配線２５および歪みゲージ２６は、互いに同じ材料からなる。そして透明電極２４、引き回し配線２５および歪みゲージ２６は、エッチングまたは印刷によって同時に製造される。
【００３５】
以上説明したように本実施形態の入力装置１０は、歪みゲージ２６が設けられているので、第１フィルム２１の歪みを歪みゲージ２６によって検出することができる。操作面を押し込むと歪みが発生するので、操作面への単なる接触だけでなく、操作面を押し込んだ操作を歪みゲージ２６によって検出することができる。操作面を押し込む操作することによって、操作者には操作面からの反力が加わる。したがって、たとえば単なる接触のときには入力と判断せずに、押し込みのときに入力したと判断することによって、押し込み入力したときの操作感を与えることができる。
【００３６】
また本実施形態では、歪みゲージ２６が設けられた第１フィルム２１において、透明電極２４と引き回し配線２５と歪みゲージ２６を構成する電気抵抗線２６ａとは、同じ材質からなる。したがって同じ製造方法で同時に製造することができる。これによって歪みゲージ２６を設けるための製造工程が必要ないので、生産性が低下することを防ぐことができる。
【００３７】
さらに本実施形態では、制御部１５は、歪みが所定の閾値よりも高く、歪みの時間変化が予め設定される許容範囲内にある場合に、操作面が押圧操作されたと判断する。これによって振動および温度変化によるノイズを除去して、操作者の押圧操作を確実に検出することができる。したがって操作性を向上することができる。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図６を用いて説明する。本実施形態では、歪みゲージ２６２が四隅にそれぞれ設けられている点に特徴を有する。本実施形態の入力装置１０は、たとえば車室内のインストルメントパネルの凹部にはめ込み設置されている。換言すると、入力装置１０は、前述の第１実施形態の片持ち構造ではなく、周囲が全て固定されている。したがって歪みの発生が第１実施形態よりも検出しにくいので、四隅に歪みゲージ２６２を配置している。これによって各歪みゲージ２６２の値と、静電容量計測部１４の計測結果に基づいて、押圧操作か否かを判断することができる。
【００３９】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００４０】
前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００４１】
前述の第１実施形態では、歪みゲージ２６が設けられた第１フィルム２１において、透明電極２４と引き回し配線２５と歪みゲージ２６を構成する電気抵抗線２６ａとは、同じ材質からなるがこのような構成に限るものではない。たとえば引き回し配線２５と歪みゲージ２６と構成する電気抵抗線２６ａとが同じ材質で、透明電極２４は異なる材質であってもよい。これによって、少なくとも引き回し配線２５と歪みゲージ２６とを同時に形成することができる。
【００４２】
前述の第１実施形態では、保護パネル１１、各フィルムおよび各透明電極２４は、透光性を有し、表示部１２が表示する画像を入力領域２７から視認することができるが表示部１２を備える構成に限るものではない。たとえば表示部１２を備えず、接触操作、および押圧操作可能な入力装置１０であってもよい。
【００４３】
前述の第１実施形態では、第１フィルム２１に歪みゲージ２６を設けているが、第１フィルム２１に限るものではなく、第２フィルム２２に歪みゲージ２６を設けてもよい。また第１フィルム２１と第２フィルム２２の両方に歪みゲージ２６を設けてもよい。したがって第１フィルム２１および第２フィルム２２の少なくともいずれか一方に歪みゲージ２６が設けられていればよい。
【００４４】
前述の第１実施形態では、透明電極２４の形状は、短冊状であったが、このような形状に限るものではない。接触によって静電容量が変化して、接触位置が検出できる構成であればよい。
【００４５】
前述の第１実施形態において、制御回路１３によって実現されていた機能は、前述のものとは異なるハードウェアおよびソフトウェア、またはこれらの組み合わせによって実現してもよい。制御回路１３は、たとえば他の制御装置と通信し、他の制御装置が処理の一部または全部を実行してもよい。制御回路１３が電子回路によって実現される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって実現することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０…入力装置  １１…保護パネル（パネル）  １２…表示部
１３…制御回路  １４…静電容量計測部  １５…制御部
１６…歪み計測部  ２０…空調装置  ２１…第１フィルム
２２…第２フィルム  ２３…絶縁フィルム  ２４…透明電極（第１電極、第２電極）
２５…引き回し配線（第１配線、第２配線）
２６…歪みゲージ（ゲージ）  ２６ａ…電気抵抗線
２７…入力領域（第１入力領域、第２入力領域）
２８…周囲領域（第１周囲領域、第２周囲領域）
【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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