JP3628985B2

JP3628985B2 - タッチ入力装置

Info

Publication number: JP3628985B2
Application number: JP2001202249A
Authority: JP
Inventors: 嘉清渡部
Original assignee: 嘉清渡部
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2021-07-03
Also published as: JP2002169653A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、コンピュータ、ＰＤＡ、電子（気）楽器、各種リモコンなど多種多様な電子（気）機器の入力装置に用いるのに最適なタッチ入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子（気）機器の入力装置としてタッチ入力装置がある。タッチ入力装置は、タッチパネルやペン型入力など多種多様なものがあるが、その一つとして例えば、ノートパソコンなどの携帯型情報端末に設けられるタッチパッドがある。
【０００３】
タッチパッドは、ポインティングデバイスと言われるもので、タッチ面に指先を接触すると、周囲に設けた電極の抵抗値あるいは静電容量値出力の変化から指先の接触した領域に割当られたアドレスを検出するようになっており、その検出したアドレスを画面上のカーソルに反映させるというものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、タッチパッドは、例えば、タッチ面を叩いたり（タッピング）、タッチ面の所定の位置をなぞったりすることで、クリック、スクロールなどの機能を付加して操作性の向上が図られている。しかしながら、上記のような操作性を向上させたタッチパッドでも、例えば、ページが何枚にもわたるようなドキュメントをスクロールする場合には、スクロール機能を使ったとしてもページの長さだけ何度も繰り返してタッチ面をなぞらなければならない。
【０００５】
そのため、ページを飛ばして読みたいときでも、飛ばしたいページの分だけ何度もタッチ面をなぞってスクロールしなければならず、このような使用においては操作しづらく、操作性が悪い。また、このとき、タッチ面は指でなぞりやすくするため、滑りやすく作られており、スクロールを早くし過ぎるとページが行き過ぎてしまうことがあり、素早くページを表示させるには若干の慣れと勘を必要とする場合があった。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、タッチ入力装置を、例えば、複数のページ送りも簡単にできるように、また、さまざまな電子機器の入力装置にも利用できるように操作性を向上させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明では、上記の課題を解決するため、タッチ面に突部を形成するとともに、前記タッチ面と指先の接触状態を判別する判別手段を備え、その判別手段がタッチ面との接触領域の減少から寝かせた指先を立て、爪を立てたことを検出すると、次に、その立てた爪先とタッチ面との接触面積が減少し、突部との接触面積が増加することを検出して、その変化から爪先がタッチ面から突部にかかったことを検出し、その後、突部との接触面積が減少し、タッチ面の突部でない面との接触面積が増加することを検出して、爪先がタッチ面上となったことを検出すると、表示画面のスクロールをページを捲るようにする構成を採用したのである。
【０００８】
このような構成を採用することにより、入力の際に、接触感が異なる入力区域に例えば、指先の爪が接触すると、操作者はクリック感を感じることができる。このとき、所定の入力操作として、例えば、決められた量のスクロールを行うようにすれば、何度も繰り返してタッチ面をなぞらなくとも所定のスクロールをさせることができる。また、クリック感を感じたときに所定のスクロールができるので、慣れや勘を必要とせずに素早くページを表示させることができる。
【０００９】
なお、上記クリック感とは、入力区域に接触した際の接触感が変わった時点の感覚をクリック感と呼ぶものとする。また、異なる接触感とは、例えば、平坦なタッチ面に突起などを設けたり、滑らかな面にザラツキ面を形成することで、指先の接触感を変化させるものであり、接触感を変える構成は、適宜決められるものである。
【００１０】
また、その際、指先が立っているときはタッチ面との接触領域が小さいので、接触する領域は少ない。一方、指先が寝ているときは、タッチ面との接触面が大きいので、接触領域は前記のものより多くなる。このとき、指先を立ててタッチ面と接触させた状態で、例えば爪で突部（凹部や接触感を変化させた入力区域でも同じ）を引っ掻くようにすると、爪の突部に対する接触面積は、突部を引っ掻く「前」、「後」よりも「引っ掻いているとき」が最大となるので、その変化から引っ掻いたことが検出できる。
【００１１】
このように、指先を立てて爪で引っ掻いて入力（引っ掻きモード）したか、指先を寝かした状態で入力（なでモード）したかが判別できるので、入力モードに合わせた処理ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に第１実施形態を示す。この形態のタッチ入力装置は、ノート型パソコンに用いるためのタッチパッドを想定したもので、タッチ面１には複数の突部２が形成されている。また、前記突部２は例えば、図２に示すように所定間隔で一列に配置し、接触感の異なる入力区域２０を形成している。
【００１７】
タッチパッド本体は、例えば、ガラス基板３上に所定の抵抗値を持つ透明抵抗膜４とタッチ面１を形成する絶縁膜とを積層し、前記透明抵抗膜４の周縁に電極５を設けた構造となっており、指でタッチ面１に触れると、人体の静電容量を介して透明抵抗膜４が接地され、電極端子５までの間の抵抗値が変化するようになっている。そして、図３に示すように、コントロール回路６を設けて電極５ごとに検出領域を設定する掃引アドレスを付与することで、タッチ面１上の指先の位置がわかるようになっている。
【００１８】
さらに、コントロール回路６は、前述のように、掃引アドレスによってタッチ面１上の指先の位置を検出するとともに、判別手段Ｂを備えて前記アドレスデータからタッチ面１に接触する指先の状態を判別できるようにしてある。すなわち、図４（ａ）に示すように、指先７が立っているときは、タッチ面１と接する領域Ａが少ないので、検出信号を出力する領域Ａの数も少ない。
【００１９】
一方、指先７を寝かせた場合は、図４（ｂ）のとおり、タッチ面１の接する領域Ａの数が多くなり、検出信号を出力する領域Ａの数は多くなる。このような方法により、二つの入力形態（以下、「引っ掻きモード」と「なでモード」）を判別できるようになっている。
【００２０】
この形態は、上記のように構成されており、このタッチ入力装置では、従来のように、タッチ面１に指先７を寝かせた状態で移動させると、その移動方向と距離を画面上のカーソルに反映させることができるようになっている。いま、寝かせていた指先７を立てると、コントロール回路６は、指先７が接している領域Ａが減るので、「引っ掻きモード」になったことを検出する。
【００２１】
この状態で、指先（爪）７の面積を「α」とすると、図５のイのように引っ掻く前では指先（爪）７はタッチ面１上に在るのでタッチ面１との接触面積は「α」（例えば、指先（爪）７の接触する複数の領域Ａから求められる）となり、突部２の形成された部分との接触面積は「０」となる。次に、図５のロのように、指先（爪）７が突部２の形成された部分にかかっている状態のときには、前記指先（爪）７は突部２上に在るのでタッチ面１との接触面積は「α」から大幅に小さくなって「０」近くになる。
【００２２】
逆に、突部２の形成された部分との接触面積は「０」から大幅に大きくなって「α」近くになる。そして、図５のハのように、指先（爪）７が突部２の形成された部分を引っ掻いた後では、指先（爪）７は再びタッチ面１上となるので、タッチ面１との接触面積は「α」となり、突部２の形成された部分との接触面積は「０」となる。そのときの指先（爪）７とタッチ面１及び突部２の形成された部分との接触面積の関係を図６に示す。
【００２３】
これらの検出には、例えば、図７（模式図）に示すように、突部２の位置に対応させたメモリマップｍａｐ（例えば、このタッチ入力装置が取り付けられる先に述べたようなノート型パソコンのメモリ上に）を用意する。そして、そのメモリマップｍａｐに突部２のエリア（模式的）を設けるとともに、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、メモリマップｍａｐ上に指先（爪）７の移動がロケーションされるようにすれば、指先（爪）７が突部２のエリアを通過する際のメモリマップｍａｐ上のメモリ個数（図７（ａ）〜（ｄ）の点だけを記入した正方形の数（符号７））を見ると、接触面積が得られる。
【００２４】
そして、このように特徴のある変化を検出したときに、例えば、ドキュメントファイルのページ送りを行うなどの処理を設定すれば、指先（爪）７で突部２を引っ掻く度にページを捲るようにページを送ることができる。したがって、ページが何枚にもわたるようなドキュメントをスクロールする場合やページを飛ばして読みたいときには、そのページの分だけ突部２を引っ掻けばよい。
【００２５】
その際、突部２を引っ掻くと、指先（爪）７が突部２に引っ掛かって小さな音がする。その音を手掛かりに引っ掻き続けるか、止めるか瞬時に判断できる。因みに、引っ掻いたときに、次の凹凸がストッパーになって引っ掻き過ぎを防ぐ作用がある。また、凹凸を引っ掻くときに、その凹凸や段差で力の溜ができ、引っ掻いたときにそのスピードが勢いづいて引っ掻き感が増す。
【００２６】
このように、指の腹で撫でたときと違って指先（爪）７で凹凸を引っ掻くと、指先（爪）７は指の腹より硬いので、より大きなフィードバックが得られる。そのため、ページを送ったことがわかり、間違ってページを送り過ぎてしまうことがないので、慣れや勘を必要とせずに上手くページを表示させることができる。
【００２７】
なお、この形態では、タッチ面１に突部２を設けたものを示したが、突部２に代えて凹部を設けても良い。なぜなら、凹部を引っ掻いても指先（爪）７が凹部に引っ掛ってページを送ったことがわかるので、突部２と同じ効果が得られるからである。
【００２８】
第２実施形態として、図８にタッチ面１に接触感が異なる入力区域２０を設けた他の態様のものを示す。因みに、図８（ｂ）は断面図である。入力区域２０は、図８のものの場合、ドット状となっている。このドット状の入力区域２０は、ドット以外の部分よりも滑りにくい材質や滑り易い材質で形成したり、あるいは、滑りにくい表面処理や滑り易い表面処理を施すことで、タッチ面１の接触感を変化させてある。
【００２９】
例えば、タッチ面１に金属を用いたなら、入力区域２０を導電性プラスチクスで形成したり、あるいは、構成をその逆にして接触感を変えたり、また、タッチ面１に滑り易い表面処理を施したなら、入力区域２０のドットにエンボス加工のような滑り難い表面処理を施すようにしても良い。
【００３０】
このようにすることにより、入力区域２０を引っ掻くと、ドット部分の摩擦で感触が急に変わる。ドット部分を乗り越えるとまたもとの感触に戻る。この感触とページ送りなどのコンピュータ処理を連動させればよい（なお、検出方法については、第１実施形態と同じである）。
【００３１】
第３実施形態として、図９にタッチ面１と接触感の異なる入力区域２０を設けたものの他の態様を示す。この態様のものは、タッチ面１と同じ材質のものをつなぎ合わせたものである。すなわち、タッチ面１を単につなぎ合わせて入力区域２０を形成したものである。
【００３２】
このようにしたものでは、つなぎ目の部分で、どうしても多少の接合誤差や窪みが生ずるので、その段差のところに指先（爪）７が当たるとクリック感を生ずるようになっている。そのため、その感触のタイミングでページ送りなどの処理を連動させればよい。
【００３３】
第４実施形態として、図１０（ａ）〜（ｄ）に入力区域２０の形状を変えることにより、接触感がタッチ面１と異なるようにしたものを示す。図１０（ａ）、（ｂ）に示すものは、角度を変えて入力区域２０を形成することにより、この角度の変わるところで接触感が変化し、クリック感が生じて、その感触のタイミングでページ送りなどの処理を連動させることができるようにしたものである。（なお、検出方法については、第１実施形態と同じである）。
【００３４】
図１０（ｃ）、（ｄ）に示すものは、段差２１によって接触感の異なる入力区域２０を形成したもので、図１０（ｃ）は段差２１をタッチ面１の一部に形成してある。また、図１０（ｄ）は、段差２１をタッチ面１の周囲に形成することで、段差２１のところで接触感が変化し、クリック感を生ずるので、上述の形態と同様にページ送りなどの処理ができるというものである。
【００３５】
第５実施形態のタッチ入力装置の分解斜視図を図１１に示す。このタッチ入力装置は、図示のように、第１のタッチパッド１０上に第２のタッチパッド１１を取り付けた構造としている。第１と第２のタッチパッド１０、１１は、第１実施形態でガラス基板３上に所定の抵抗値を持つ透明抵抗膜４とタッチ面１を形成する絶縁膜とを積層し、前記透明抵抗膜４の周縁に電極５を設けたのと同等の構造となっており、先にものべたように、人体を介した接地ラインが形成されて、指先７の位置がわかるようになっている。
【００３６】
この第１のタッチパッド１０のタッチ面１には、複数列の突部（突起）２が設けられており、各列の突部２の長さは、第２のタッチパッド１１に形成された貫通孔１２から突出する長さに形成されている。その結果、各列の突部２によって第２のタッチパッド１１上に形成されるタッチ面１と異なる接触感の入力区域２０を設けた構成となっている。
【００３７】
この入力装置では、突部２の部分の入力領域２０の検出を第１のタッチパッド１０で行い。突部２以外の部分の検出を第２のタッチパッド１１で行うようになっている。検出の方法については第１実施形態と同じであり、領域アドレスの変化にともなう接触領域数の変化から指先７の接触形態を検出する。作用効果については第１実施形態と同じであり、説明は省略する。
【００３８】
第６実施形態として図１２にタッチ入力装置の応用例を示す。この形態は、タッチ入力装置だけでキーボード入力ができるようにしたものである。そのため、この形態では、図示のように、複数の突部２を並列に設け、タッチ面１と異なる接触感の入力区域２０を設けて、その入力区域２０の並列に設けた突部２にアルファベットや数字などの文字記号を対応させている。
【００３９】
文字種類の列は、日本語、英語に限らず、あらゆる国の文字や絵記号の列、制御コード、数字など何でもかまわない。列は何列でも良いし、縦方向の突部２の数もいくらでもよく、図１２にとらわれない。また、複数列で１文字種類をカバーしてもよいし、１列に複数文字列を組み込んでも良い。決定時にタッピングで文字を決定するようにしてもよい。なお、検出の方法については第１実施形態と同じである。
【００４０】
このようにしたことにより、突部２を引っ掻くことで、所要の文字入力ができる。このため、タッチ面１から手を離さずに文字入力を片手で入力できるので、操作性の向上が図れる。このキーボード入力ができるようにしたものの利用形態として、ＰＤＡや電子ブックのプレーヤーに適用したものを図１３及び図１４に示す。また、カラオケのリモコンに適用したものを図１５に示す。
【００４１】
次に、第７実施形態として、図１６に電子機器の入力装置として用いた場合を示す。まず、図１６に示すものは、ビデオテープレコーダの入力装置に用いたもので、タッチ面１の周囲に突部２を配置して、接触感の異なる入力区域２０を設けて、ビデオテープの早送り、巻き戻し時間の設定に応用したものである。
【００４２】
各突部２には、それぞれ、時間（分）が印字されており、時計回りで引っ掻くと、早送りの時間が引っ掻いた分だけ加算され、加算された時間の分だけビデオテープが早送りされる。逆に、反時計回りに引っ掻くと、巻き戻しの時間が引っ掻いた分だけ加算される。なお、符号ＦＦ、ＲＷは早送りと巻き戻し用のスイッチである。
【００４３】
第８実施形態として、図１７に電気、電子楽器の入力として用いたタッチ入力装置を示す。この入力装置では、タッチ面１に左側と右側とで異なる配置で突部２を設けて接触感の異なる入力区域２０を形成してある。すなわち、左側は「爪弾く部分」として突部２を斜め方向に一列に設けてあり、右側は「押さえる部分」として突部２を格子状に設けてある。
【００４４】
そして、一つ一つの音を丁寧に弾くには、左側の「爪弾く部分」の突部２を引っ掻く。ここで、和音を弾くには、突部２を一気に引っ掻けばよい。また、逆に、突部２を撫でるような弾き方をしてもよい。また、「押さえる部分」は、なでると、微妙なフラットも表現できるようにすれば、表現力が向上する。
【００４５】
第９実施形態として、図１８に本願発明を最大限に利用した片手用小型入力装置を示す。この小型入力装置（キーボード）は、円筒形をしており、例えば、図１８のように、上下二つの部分に分かれている。すなわち、上部の２／３程度の部分はタッチ面１を設けた操作部２５とし、表面に複数の突部２を設けて接触感の異なる入力区域２０を形成し、残りの１／３は、握り部分３０として片手で容易に持てるようにしてある。
【００４６】
また、タッチ面１は、図示のように、例えば、英数字列２ａ、アイウエオ列２ｂ、制御キー列２ｃのように、文字の種類や機能ごとに一列に突部２を配置してある。そのため、操作部２５と握り部分３０は矢印のように回転できるようにして、入力列２ａ〜ｃごとの入力をやりやすくしてある。さらに、円筒の上端部には、入力文字決定用のスイッチ３１と液晶表示パネル３２が設けられている。
【００４７】
この形態は、上記のように構成されており、この入力装置は、インターフェースを設けて無線やケーブルなどで入力機器に接続するようにする。入力の際には、片手で握り部分３０を持ち、例えば親指などで操作部２５のタッチ面１の突部２を引っ掻くようにして入力する。すなわち、握り部分３０を持った手の親指で、英数字列２ａを引っ掻くと液晶表示パネル３２にａから順に表示を行えるようにしたり、アイウエオ列２ｂを引っ掻くことでひらがな入力、数字、記号が入力できるようになっている。
【００４８】
また、制御キー列２ｃでは、いろんな記号やメール送信機能などを切り替えられるようになっており、所望の文字を操作部２５を回転させて選択し、文字が決まれば、上端部の入力決定ボタン３１を押す。このように片手で操作できるので、例えば、ウェアラブルコンピュータの入力装置としても使用可能である。
【００４９】
また、図１８では、理解しやすいようにタッチ面１の突部２を大きく描いてあるが、実際はもっと小さくできる。人がクリック感を感じればよいので、突部２を点字の大きさぐらいまで縮小できる。
【００５０】
ちなみに、このタッチ入力機構は、突部２の間隔を小さくすれば、全体の大きさも小さくできるので、携帯電話などの入力装置として使用できる。また、突部２は点字の大きさぐらいまで縮小できるので、視力障害者の入力装置としても使用できる。
【００５１】
なお、実施形態では、静電容量式のタッチ入力装置について述べたが、タッチ入力装置は、これに限定されるものではない。例えば、シート体の下面に印刷した導電体と、シート体と上面に印刷した抵抗体とで感圧導電体を挟み、感圧導電体の抵抗値の変化からアドレスを出力する感圧式のタッチ入力装置についても適用できる。
【００５２】
第１０実施形態として、図１９に本願の引っ掻きモードを適用したペン入力によるタッチ入力装置を示す。タッチパネルを使用したＰＤＡではペンＰ入力のものが多い。そのペン先は、丸みをおびた円錐形のものが使用されている。そのときのペン使用時の引っ掻きモードに適した構成を考える。
【００５３】
タッチ面１に、図１９に示すように、一条の溝４０とその溝４０に、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように凹部４１を設ける。このとき、溝４０は直線でも曲線でもよい。また、凹部４１は１つでも、図のように複数でもよい（碁盤の目のようにしてもよい）。
【００５４】
溝４０は、ここではペンＰを動かすときのガイドとなる。溝４０をペン先でなぞると、そのうちに凹部４１に嵌る。嵌ったペン先は、さらに力を入れると、凹部４１を抜け出して反対側の溝４０に移動する。このとき、溝４０がガイド役を果たすので、なぞるだけではペン先は溝４０から飛び出したりしない。このときのクリック感を利用して（接触感が異なる複数の入力区域２０を形成し）上述の引っ掻きモードによるページ捲りなどを行わせるようにしたものである。なお、上記凹部４１は突起であってもよい。
【００５５】
また、溝４０に代えて図２１に示すように、複数の突条４２あるいは複数条の凹部を並列に設けて、タッチ面１と異なる接触感の入力領域２０を形成することもできる。このようにすれば、ペン先で複数の突条４２あるいは複数条の凹部を引っ掻けるようにできるので、簡単に上述の引っ掻きモードによるページめくりなどを行わせることができる。
【００５６】
一方、ペン入力で引っ掻きモードを実現させようとすると、ペン先の横断面を爪のように、ある程度平たくして湾曲させると効果的である。その例を第１１実施形態として図２２（ａ）〜（ｄ）に示す。すなわち、ペン先５０を図２２（ａ）〜（ｃ）に示すように板状とし、その板状のペン先５０の横断面を図２２（ｃ）のように、凹レンズのように湾曲させることで、図２２（ｄ）に示すように、引っ掻くと自動的にずれた方向と逆の方向の力が働き、少し方向がずれても修正力が働くので、直線的に引っ掻きやすくなる。そのため、従来の円錐のペン先５０では突部が小さな場合、なかなか続けて引っ掻くことは困難であるが、それを解消できる。
【００５７】
この発明は、上記のように構成したので、タッチ入力装置におけるページ送りを素早く行って表示させることができるようにして操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のタッチ入力装置の分解斜視図
【図２】第１実施形態のタッチ入力装置の正面図
【図３】同上装置のブロック図
【図４】第１実施形態の指先（爪）による作用の説明図（（ａ）立、（ｂ）寝）
【図５】指先（爪）移動時の作用の説明図
【図６】接触面積検出作用の説明図
【図７】マップメモリ上での作用の説明図
【図８】第２実施形態のタッチ入力装置の（ａ）斜視図、（ｂ）タッチ面の部分断面図
【図９】第３実施形態のタッチ入力装置示す模式図
【図１０】第４実施形態のタッチ入力装置の入力区域の変形例（ａ）〜（ｄ）を含む斜視図
【図１１】第５実施形態のタッチ入力装置の分解斜視図
【図１２】第６実施形態のタッチ入力装置の応用例を示す模式図
【図１３】第６実施形態の他の態様を示す模式図
【図１４】第６実施形態の他の態様を示す模式図
【図１５】第６実施形態の他の態様を示す模式図
【図１６】第７実施形態のタッチ入力装置の正面図
【図１７】第８実施形態のタッチ入力装置の正面図
【図１８】第９実施形態のタッチ入力装置の斜視図
【図１９】第１０実施形態のタッチ入力装置の分解斜視図
【図２０】第１０実施形態のタッチ入力装置の（ａ）要部正面図、（ｂ）要部断面図
【図２１】第１０実施形態のタッチ入力装置の他の態様を示す模式図
【図２２】第１１実施形態のタッチ入力装置の（ａ）ペン先側面図、（ｂ）ペン先正面図、（ｃ）ペン先底面図、（ｄ）作用説明図
【符号の説明】
１タッチ面
２突部
７指先（爪）
２０入力区域
２５操作部
３０握り部分
４０溝
５０ペン先
Ｐペン

Claims

タッチ面に突部を形成するとともに、前記タッチ面と指先の接触状態を判別する判別手段を備え、その判別手段がタッチ面との接触領域の減少から寝かせた指先を立て、爪を立てたことを検出すると、次に、その立てた爪先とタッチ面との接触面積が減少し、突部との接触面積が増加することを検出して、その変化から爪先がタッチ面から突部にかかったことを検出し、その後、突部との接触面積が減少し、タッチ面の突部でない面との接触面積が増加することを検出して、爪先がタッチ面上となったことを検出すると、表示画面のスクロールをページを捲るようにするタッチ入力装置。