JP7540790B1 - タッチパネル操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネルと物理操作部を組み合わせたタッチパネル操作装置において、手間がかかる作業を必要とすることなく誤検出を抑制する。【解決手段】複数の素領域で構成され、素領域毎に静電容量の変化を検出するタッチパネル（１２）と、タッチパネルの表面の一部領域に設けられ、ユーザによる物理的な入力操作を受け付ける物理操作部（２１～２５）と、物理操作部に対する入力操作を、前記タッチパネルにおける静電容量の変化以外の方式で検知する入力検知部（１５、５５、６５）と、入力検知部により物理操作部に対する入力操作が検知された場合に、予め決められた閾値を超える静電容量の変化が検出された前記一部領域内の素領域を特定することにより、前記一部領域に設けられた物理操作部に対する入力操作が行われたと判定する判定部（４３）とを備えるタッチパネル操作装置（１）。【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネルにプッシュスイッチなどの物理操作部を組み合わせたタッチパネル操作装置に関する。

近年、スマートフォンやタブレット端末などに広くタッチパネルが用いられている。これらに用いられるタッチパネルは、例えば、表示画面上に電極層やカバー層を積層したものであり、ユーザが指を接触させたり近づけたりしたときに電極層において生じる静電容量の変化に基づいてユーザの入力操作を検出する。

タッチパネルは、パネル上で様々なタッチ領域（入力ボタン）を自在に配置することができるため、入力装置の構成の自由度が高いというメリットを有する。一方、複数のタッチ領域が密接している場合には、誤って隣のタッチ領域を操作してしまうということがある。また、タッチ操作によって操作対象に直ちに何らかの変化が生じない場合、ユーザとしてはタッチ操作が入力されたか（受け入れられたか）否かの確信が持てない。運転中に車載機器を操作する場合や、工場において産業機器の制御を行ったりする場合、これらが危険な帰結に至る可能性もある。そこで、ユーザがタッチパネルの画面を視認しなくとも確実な操作をすることができるように、プッシュスイッチを押したりダイヤルを回したりするなどの物理的な操作によって入力操作を行うことが可能なタッチパネルが望まれる。

特許文献１には、静電容量の変化に基づいて入力操作を検出するタッチパネルの表面に、プッシュスイッチとダイヤルを配置した操作デバイスが記載されている。この操作デバイスでは、タッチパネルの表面に、ダイヤルが取り付けられたダイヤル領域と、プッシュスイッチが取り付けられたプッシュスイッチ領域と、ダイヤルとプッシュスイッチのいずれも取り付けられていないタッチ領域とが設けられており、タッチ領域、ダイヤル領域、及びプッシュスイッチ領域のタッチパネルについて、それぞれに異なる感度が設定されている。具体的には、ダイヤル領域、及びプッシュスイッチ領域のそれぞれに異なる増幅率が設定されており、各領域で検出された静電容量の変化量に当該領域に設定された増幅率を乗じた値が予め決められた閾値を超えたことに基づいて、各領域におけるユーザの入力操作を検出する。

特許第７１６１０８３号明細書

特許文献１に記載の操作デバイスでは、プッシュスイッチなどの物理操作部が設けられた領域と、物理操作部が設けられていない領域（タッチ領域）のそれぞれに異なる感度（増幅率）を設定する必要があるが、複数の領域のそれぞれに感度を設定する作業には手間がかかる。また、各領域に適切な感度を設定することも容易ではない。例えば、感度（増幅率）が高すぎると、何らかの要因でわずかな静電容量の変化が生じただけで、ユーザが入力操作を行っていないにもかかわらず、入力操作が行われたと誤検出されてしまう。

本発明が解決しようとする課題は、タッチパネルと物理操作部を組み合わせたタッチパネル操作装置において、手間がかかる作業を必要とすることなく誤検出を抑制することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係るタッチパネル操作装置は、
複数の素領域で構成され、素領域毎に静電容量の変化を検出するタッチパネルと、
前記タッチパネルの表面の一部領域に設けられ、ユーザによる物理的な入力操作を受け付ける物理操作部と、
前記物理操作部に対する入力操作を、前記タッチパネルにおける静電容量の変化以外の方式で検知する入力検知部と、
前記入力検知部により前記物理操作部に対する入力操作が検知された場合に、予め決められた閾値を超える静電容量の変化が検出された前記一部領域内の素領域を特定することにより、前記一部領域に設けられた物理操作部に対する入力操作が行われたと判定する判定部と
を備えることを特徴とする。

本発明に係るタッチパネル操作装置は、静電容量式タッチパネルの表面に設けられた物理操作部に対する入力操作をタッチパネルの静電容量の変化以外の方式で検知する入力検知部を備えている。本発明に係るタッチパネル操作装置では、入力検知部により物理操作部に対する入力操作が検知された場合に、判定部が、予め決められた閾値を超える静電容量の変化が検出されたタッチパネル内の位置（即ち、素領域の位置）を特定し、その位置（前記「一部領域」）に設けられた物理操作部に対して入力操作が行われたと判定する。本発明に係るタッチパネル操作装置では、入力検知部によって物理操作部に対する入力操作が検知されない限り、何らかの要因でタッチパネルに意図しない静電容量の変化が生じても、その静電容量の変化に基づく誤検出が生じることがない。また、タッチパネルの表面に、物理操作部を配置した領域と、物理操作部を配置しない領域（タッチパネルに直接触れる等の入力操作を行う領域）を設ける場合でも、それらに異なる静電容量の閾値を設定する必要はない。

本発明に係るタッチパネル操作装置では、例えば、
前記物理操作部が、複数のプッシュスイッチを有するボタンパネルを有し、
前記入力検知部が、前記ボタンパネルへの圧力を検出する圧力センサを有する
構成とすることができる。

上記態様のタッチパネル操作装置では、ボタンパネルへの圧力を圧力センサで検出することによって、ユーザがボタンパネルのいずれかのプッシュスイッチを押す入力操作を行ったことを検知し、さらに前記判定部により、入力操作が行われたプッシュスイッチを特定することができる。

また、本発明に係るタッチパネル操作装置では、例えば、
前記物理操作部が、初期位置である第１位置と、該第１位置よりもタッチパネルの表面に近い第２位置の間で移動するように構成された複数のプッシュスイッチを有し、
前記入力検知部が、光源と、該光源から発せられる光を受光する受光部とを有し、該光源から該受光部に至る光路上に、前記第２位置にある前記複数のプッシュスイッチが位置するように構成された光センサを有する
構成とすることができる。

上記態様のタッチパネル操作装置では、第２位置にあるプッシュスイッチによって光源から発せられる光が遮断されたことを光センサで検出することによって、ユーザがいずれかのプッシュスイッチを押す入力操作を行ったことを検知し、さらに前記判定部により、入力操作が行われたプッシュスイッチを特定することができる。

さらに、本発明に係るタッチパネル操作装置における前記入力検知部は、例えば、
前記物理操作部が、永久磁石が内蔵された複数のプッシュスイッチを有し、
前記入力検知部が、前記永久磁石の変位に応じた電圧を出力する磁気センサ（例えばホール素子）を有する
構成とすることができる。

上記態様のタッチパネル操作装置では、プッシュスイッチに内蔵された永久磁石の変位に伴って磁気センサから出力される電圧が変化したことを検出することによって、ユーザがプッシュスイッチを押す入力操作を行ったことを検知し、さらに前記判定部により、入力操作が行われたプッシュスイッチを特定することができる。

本発明に係るタッチパネル操作装置を用いることにより、手間がかかる作業を必要とすることなく、タッチパネルと物理操作部を組み合わせたタッチパネル操作装置における誤検出を抑制することができる。

本発明に係るタッチパネル操作装置の第１実施形態の本体部の構成を説明する図。 第１実施形態～第３実施形態のタッチパネル操作装置の制御・処理部の構成を説明する図。 本発明に係るタッチパネル操作装置の第２実施形態の本体部の構成を説明する図。 第２実施形態のタッチパネル操作装置においてプッシュスイッチへの入力操作を行う前の状態を示す図。 第２実施形態のタッチパネル操作装置においてプッシュスイッチへの入力操作を行った状態を示す図。 本発明に係るタッチパネル操作装置の第３実施形態の本体部の構成を説明する図。

本発明に係るタッチパネル操作装置の実施形態について、以下、図面を参照して説明する。なお、以下の各図では、各部を分かりやすく示すために、適宜、実際の縮尺から変更して図示している。

＜第１実施形態＞
第１実施形態のタッチパネル操作装置１は本体部１０と、制御・処理部４０を備えている。このタッチパネル操作装置１は、例えば、車両に搭載されたオーディオ装置を制御するために用いられる。

図１に、第１実施形態のタッチパネル操作装置１の本体部１０の要部構成を示す。図１には、本体部１０の平面図のほか、Ａ－Ａ’断面図（下側）、及びＢ－Ｂ’断面図（右側）を示している。また、Ａ－Ａ’断面のうち、破線で囲まれた部分の部分拡大図を示している。

本体部１０は、LCDモジュール１１の表面にタッチパネル１２とボタンパネル１３を順に積層した構造を有している。LCDモジュール１１とタッチパネル１２の間、及びタッチパネル１２とボタンパネル１３の間にはそれぞれ、枠状のスペーサ部材（ガスケット）１４が配置されている。また、タッチパネル１２とボタンパネル１３の間に配置されたスペーサ部材１４の内側には、圧力センサ１５が配置されている。あるいは、LCDモジュール１１とタッチパネル１２の間に配置されたスペーサ部材１４の内側に圧力センサ１５を配置してもよい。

LCDモジュール１１は、タッチパネル操作装置１において各種の情報（後記する各プッシュスイッチの操作により実行される機能の情報など）を表示するものである。タッチパネル１２は、その表面に二次元的に設けられた複数の素領域のそれぞれにおける静電容量の変化を検出するものであり、少なくとも可視光領域において透明な材料で構成されている。

タッチパネル１２の表面には、ユーザがタッチパネル１２の表面に指を接触させる（あるいは該表面に指を近づける）ことにより入力操作を行うタッチ領域１２１と、ユーザが物理操作部を操作することにより入力操作を行う物理操作領域１２２が設けられている。物理操作領域１２２には、さらに、プッシュスイッチ２１～２５が配置される領域に対応するプッシュスイッチ領域１２２１と、ダイヤル３１が配置される領域に対応するダイヤル領域１２２２が設けられている。

ボタンパネル１３は、タッチパネル１２の表面の物理操作領域１２２に配置される板状の部材である。ボタンパネル１３には、プッシュスイッチ２１～２５やダイヤル３１といった物理操作部が配置される。

プッシュスイッチ２１～２５はそれぞれ、ボタンパネル１３に固定された弾性変形部２６と、該弾性変形部２６の上方（ボタンパネル１３と反対の側）に設けられた操作部２７で構成されており、ユーザが操作部２７を押す操作を行うと弾性変形部２６が収縮し（図１のＡ－Ａ’断面におけるプッシュスイッチ２１参照）、ユーザが操作部２７から手を離すと弾性変形部２６が復元する（図１のＡ－Ａ’断面におけるプッシュスイッチ２２～２５参照）。弾性変形部２６は、例えば、ばねを含んだものとすることができる。これにより、ユーザはプッシュスイッチ２１～２５を操作する際に操作感（プッシュスイッチを押した感覚）を得ることができる。

ダイヤル３１は、ボタンパネル１３に固定された固定部３１１と、該固定部３１１の上部及び側部を覆うように回転自在に設けられ回転部３１２を有している。また、回転部の３１２の底部（ボタンパネル１３の近傍）には該回転部３１２の回転軸に対して対称な2箇所に導電性チップ３１３が埋め込まれている。なお、導電性チップ３１３は、該導電性チップ３１３が移動することによりタッチパネル１２のダイヤル領域１２２２内の素領域に静電容量の変化を生じさせるものであればよい。また、導電性チップ３１３の数は1個であってもよく、あるいは3個以上であってもよい。

ボタンパネル１３、プッシュスイッチ２１～２５、及びダイヤル３１も、少なくとも可視光領域において透明な材料（例えば透明樹脂材料）で構成されている。これにより、LCDモジュール１１の表示内容（例えば、図１においてプッシュスイッチ２１～２５による操作内容を示す図柄）を、タッチパネル１２、ボタンパネル１３、プッシュスイッチ２１～２５、及びダイヤル３１を介してユーザが視認することができる。この点は後記する第２実施形態のタッチパネル操作装置５及び第３実施形態のタッチパネル操作装置６においても同様である。

スペーサ部材１４は、LCDモジュール１１、タッチパネル１２、及びボタンパネル１３を離間させて保持するとともに、外部からの埃等の進入を防止するものである。

圧力センサ１５は、ボタンパネル１３に設けられたプッシュスイッチ２１～２５に対するユーザの入力操作（プッシュスイッチ２１～２５を押す操作）に伴ってボタンパネル１３に加えられる圧力を検出するものである。圧力センサ１５には、従来知られている種々のもの（例えば、ピエゾ素子などの圧電素子を有し該圧電素子に力が加えられた時に電圧を出力するものや、圧力変化によって変形した物質の静電容量の変化によって圧力を測定するもの）を用いることができる。図１の例では、Ａ－Ａ’断面の位置に左右1個ずつ、合計2個の圧力センサ１５を配置しているが、圧力センサ１５は、Ａ－Ａ’断面の位置に1個だけ配置してもよく、あるいは3個以上配置してもよい。また、枠状の圧力センサ１５を1個配置してもよい。

制御・処理部４０は、本体部１０に内蔵されたもの、あるいは本体部１０の外に設けられ該本体部１０に接続されたものであり、ユーザの入力操作に応じて、タッチパネル操作装置１に接続された外部機器（例えばオーディオ装置）の動作を制御する。

図２に示すように、制御・処理部４０は、記憶部４１を備えている。記憶部４１には、LCDモジュール１１に表示する内容及びその表示位置の情報が保存されている。また、記憶部４１には、プッシュスイッチ２１～２５とダイヤル３１のそれぞれについて、タッチパネル１２の表面における二次元位置（プッシュスイッチ２１～２５及びダイヤル３１が設けられている位置に対応するタッチパネル１２の複数の素領域の位置）の情報、タッチ領域１２１、プッシュスイッチ２１～２５、及びダイヤル３１へのユーザの入力操作を検出する基準（入力操作が行われたと判定する閾値）の情報、各部への入力操作に対して実行すべき処理の内容などの情報が保存されている。プッシュスイッチ２１～２５のそれぞれが設けられた位置に対応するタッチパネル１２の複数の素領域は、本発明における一部領域に相当する。

タッチ領域１２１へのユーザの入力操作は、タッチパネル１２の素領域における静電容量の変化が、記憶部４１に保存されている閾値を超えたことに基づいて、該静電容量の変化が生じた素領域に表示されているタッチ領域（画面表示された入力ボタン）への入力操作として検知される。

プッシュスイッチ２１～２５（プッシュスイッチ領域１２２１）への入力操作は、ボタンパネル１３に対して力が加えられたことを圧力センサ１５が検出したことに基づいて検知される。ただし、この時点ではどのプッシュスイッチ２１～２５に対する入力操作が行われたかは特定されず、プッシュスイッチ２１～２５のいずれかに対する入力操作が行われたものとして検知される。圧力センサ１５がボタンパネル１３への圧力を検知すると、タッチパネル１２のプッシュスイッチ領域１２２１内の複数の素領域（より具体的にはプッシュスイッチ２１～２５がそれぞれ配置された一部領域に含まれる複数の素領域）における静電容量の変化を確認し、静電容量の変化が生じた素領域の位置を特定する。そして、特定された素領域の位置に基づいて、入力操作が行われたプッシュスイッチ２１～２５を特定する。

ダイヤル３１（ダイヤル領域１２２２）への入力操作は、該入力操作に伴ってダイヤル３１に内蔵された導電性チップ３１３が移動したことに応じて静電容量の変化が生じた素領域の位置が円弧を描くように変化したことに基づいて、時計回りの回転操作、又は反時計回りの回転操作として検知される。第１実施形態のタッチパネル操作装置１では、素領域における静電容量の変化を検出する閾値を、タッチ領域１２１、プッシュスイッチ領域１２２１、及びダイヤル領域１２２２に共通の値とすることができる。

制御・処理部４０は、また、機能ブロックとして、表示制御部４２、入力判定部４３、及び機器制御実行部４４を備えている。表示制御部４２は、LCDモジュール１１の画面に予め記憶部４１に保存された情報を表示し、また、ユーザの入力操作が画面表示の変更を指示するものである場合に、LCDモジュール１１の画面表示をその指示に応じた内容に変更する。入力判定部４３は、タッチパネル１２から出力される静電容量の変化及び圧力センサ１５からの出力信号に基づいて、ユーザによる各部への入力操作を検知する。機器制御実行部４４は、タッチパネル操作装置１に接続された外部機器に対する各種の制御を実行する。表示制御部４２、入力判定部４３、及び機器制御実行部４４は、制御・処理部４０に予めインストールされた専用の制御・処理プログラム４５をプロセッサで実行することにより具現化される。

次に、第１実施形態のタッチパネル操作装置１の動作例を説明する。

ユーザがタッチパネル装置１の電源を投入する（イグニッションキーシリンダーに鍵を挿入して回転させる等の操作に連動してタッチパネル操作装置１の電源が投入される場合を含む。）と、表示制御部４２は、LCDモジュール１１のタッチ領域１２１に対応する領域に、予め記憶部４１に保存された情報に基づいて初期画面を表示する。ここでは、初期画面の一例として、オーディオ装置にセットされているメディアに保存された楽曲の名称及びアーティスト名を含むオーディオ制御画面と、表示画面をオーディオ制御画面から地図ナビゲーション画面に変更するボタンとをタッチ領域１２１に表示する。また、LCDモジュール１１は、プッシュスイッチ領域１２２１のうち、プッシュスイッチ２１～２５が配置される領域に、図１に示すような図柄を表示する。

入力判定部４３は、タッチパネル１２と圧力センサ１５からの出力信号を、所定の時間間隔（例えば60回／秒）で受信し、記憶部４１に保存するとともに、それらの値に基づいて、タッチパネル１２のタッチ領域１２１及びダイヤル領域１２２２に含まれる素領域のいずれかにおいて閾値を超える静電容量の変化が生じたか否か、また、圧力センサ１５によりボタンパネル１３への押圧が検知されたか否かを判定する。

ユーザがタッチ領域１２１のうち、表示切替ボタンが表示された部分への入力操作（指を表面に接触させる等の操作）を行うと、ユーザの指が接触したことに伴って表示切替ボタンが表示されている素領域において静電容量の変化が生じる。入力判定部４３は、この静電容量の変化が、記憶部４１に保存されている閾値を超えるものである場合に、表示切替ボタンに対するユーザの入力操作が行われたものと検知する。これを受けて、表示制御部４２は、ユーザが入力操作を行った位置（素領域）に表示された入力ボタンに対応する動作（例えば、LCDモジュール１１の表示画面をオーディオ制御画面から地図ナビゲーション画面に変更する動作）を実行する。ユーザが入力操作を行った入力ボタンが、外部機器の制御を指示するものである場合は、機器制御実行部４４がその指示に基づいて外部機器の動作を制御する。

ユーザがプッシュスイッチ２１～２５のいずれかへの入力操作（プッシュスイッチ２１～２５のいずれかを押す操作）を行うと、プッシュスイッチ２１～２５の弾性変形部２６が収縮し、これと同時にボタンパネル１３も押圧される。すると、圧力センサ１５によって、ボタンパネル１３が押圧されたことを示す信号（例えば電圧）が出力される。入力判定部４３は、圧力センサ１５から出力される信号が記憶部４１に保存されている閾値を超えているかを判定し、その信号が閾値を超えている場合には、プッシュスイッチ２１～２５のいずれかへの入力操作が行われたと判定する。また、入力判定部４３は、タッチパネル１２のプッシュスイッチ領域１２２１内の素領域における静電容量の変化を確認し、いずれかの素領域において記憶部４１に保存されている閾値を超える静電容量の変化があったか否かを判定する。入力判定部４３は、タッチパネル１２のプッシュスイッチ領域１２２１内の素領域において、記憶部４１に保存されている閾値を超える静電容量の変化があった場合には、その素領域を特定し、特定した素領域に基づいて、ユーザの入力操作が行われたプッシュスイッチ２１～２５を特定する。

本実施形態のタッチパネル操作装置１では、入力判定部４３によってプッシュスイッチ２１へ入力操作（プッシュスイッチ２１を押す操作）が検知されると、機器制御実行部４４は、オーディオ装置に挿入されているメディアを取り出す動作を実行する。入力判定部４３によってプッシュスイッチ２２への入力操作が検知されると、機器制御実行部４４は、挿入されているメディアを逆再生（巻き戻し）する動作を実行する。入力判定部４３によってプッシュスイッチ２３への入力操作が検知されると、機器制御実行部４４は、挿入されているメディアの再生を一時停止する動作を実行する。入力判定部４３によってプッシュスイッチ２４への入力操作が検知されると、機器制御実行部４４は、挿入されているメディアを高速再生（早送り）する動作を実行する。入力判定部４３によってプッシュスイッチ２５への入力操作が検知されると、機器制御実行部４４は、オーディオの電源をON/OFFする動作を実行する。

ユーザがダイヤル３１を回転させる操作を行うと、ダイヤル３１に内蔵されている導電性チップ３１３が変位し、これに伴ってダイヤル領域１２２２に対応する複数の素領域において静電容量の変化が生じる。入力判定部は、この静電容量の変化が、予め記憶部４１に保存された閾値を超えるものである場合に、ダイヤル３１に対する入力操作が行われたことを検知し、また、閾値の変化が生じた素領域が時系列で時計回りに移動しているか、反時計回りに移動しているかに応じて、ダイヤル３１に対する入力操作の回転方向を決定し、さらに、その回転量を決定する。機器制御実行部４４は、入力判定部４３による判定結果に基づいて、オーディオ装置の音量を増減する動作を実行する。

従来の装置では、プッシュスイッチに対する入力操作を、タッチパネルにおける静電容量の変化のみに基づいて検知していたため、外乱が生じやすい環境で使用するとユーザが入力操作を行っていないにもかかわらず、入力操作を行ったと誤検出されてしまうことがあった。また、特許文献１に記載のように、物理操作部としてのプッシュスイッチなどが設けられた領域と、物理操作部が設けられていない領域（タッチ領域）のそれぞれに異なる感度（増幅率）を設定する場合には、複数の領域のそれぞれに感度を設定する作業には手間がかかり、また、各領域に適切な感度を設定することも容易ではなかった。例えば、感度（増幅率）が高すぎると、何らかの要因でわずかな静電容量の変化が生じただけで、ユーザが入力操作を行っていないにもかかわらず、入力操作を行ったと誤検出されてしまう。

これに対し、第１実施形態のタッチパネル操作装置１では、プッシュスイッチ２１～２５に対する入力操作を、圧力センサ１５からの出力信号とタッチパネル１２の素領域における静電容量の変化の両方に基づいて検知する。そのため、何らかの要因でタッチパネル１２に意図しない静電容量の変化が生じても、圧力センサ１５からの出力信号が記憶部４１に保存された閾値を超えない限り、静電容量の変化に基づく誤検出が生じることがない。また、第１実施形態のタッチパネル操作装置１では、タッチパネル１２のタッチ領域１２１と物理操作領域１２２（プッシュスイッチ領域１２２１及びダイヤル領域１２２２）に異なる静電容量の閾値を設定する必要はない。ただし、第１実施形態のタッチパネル操作装置１において、各領域に異なる静電容量の閾値を設定することを排除するものではない。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態のタッチパネル操作装置５について説明する。第１実施形態のタッチパネル操作装置１と共通の構成要素については同一の符号を付して、適宜、説明を省略する。

図３に、第２実施形態のタッチパネル操作装置５の本体部５０の要部構成を示す。図３には、本体部５０の平面図のほか、Ａ－Ａ’断面図（下側）、及びＢ－Ｂ’断面図（右側）を示す。また、Ａ－Ａ’断面のうち、破線で囲まれた部分の部分拡大図を示している。

第１実施形態では、板状のボタンパネル１３の上に、プッシュスイッチ２１～２５を配置していたが、第２実施形態では、ボタンパネル５３のうち、プッシュスイッチ５２１～５２５が配置される位置には貫通孔が形成されており、各プッシュスイッチ５２１～５２５は、ボタンパネル５３の上部位置（第１位置）と下方位置（第２位置）の間で移動可能になっている。各プッシュスイッチ５２１～５２５の側面の下部と、ボタンパネル１３の貫通孔の内周面には、両者を接続するように弾性変形部５２６（例えばシリコンラバー）が設けられている。弾性変形部５２６が変形することで、ユーザはプッシュスイッチ５２１～５２５を操作する際に操作感（プッシュスイッチを押した感覚）を得ることができる。また、プッシュスイッチ５２１～５２５からユーザが手を離すと弾性変形部５２６の形状が復元し、それによってプッシュスイッチ５２１～５２５が元の位置に戻る。

また、第１実施形態のタッチパネル操作装置１では、タッチパネル１２とボタンパネル１３の間に圧力センサ１５を配置していたが、第２実施形態のタッチパネル操作装置５では、タッチパネル１２とボタンパネル５３の間に、所定の波長の光を発する光源５５１と、該光源５５１から発せられる光を検出して所定の信号を出力する受光部５５２を有する光センサ５５が配置されている。光源５５１には、例えばLEDを用いることができる。また、受光部５５２には、例えばフォトトランジスタを用いることができる。上記所定の波長の光には、プッシュスイッチ２１～２５を構成する材料（透明樹脂材料など）により遮断（反射、散乱、若しくは吸収）される波長帯域の光が選択される。光源５５１と受光部５５２は、平面視して、該光源５５１から該受光部５５２に至る光路上にプッシュスイッチ５２１～５２５が位置するように配置されている。

上記の通り、各プッシュスイッチ５２１～５２５は、ボタンパネル５３の下方位置、より具体的には上記光路を遮断する位置まで移動可能となっている。図４に示すように、プッシュスイッチ５２１～５２５のいずれに対しても入力操作がなされていない場合には、光源５５１から発せられた光が受光部５５２で検出され、所定の信号が出力される。一方、プッシュスイッチ５２１～５２５のいずれか（図５の例ではプッシュスイッチ５２４）に対してユーザが入力操作を行うと、入力操作されたプッシュスイッチが下方位置（第２位置）に移動して上記光路を塞ぎ、それによって光源５５１から受光部５５２に向かう光が遮断される。

第２実施形態のタッチパネル操作装置５では、入力判定部４３が、タッチパネル１２と受光部５５２からの出力信号を、所定の時間間隔（例えば60回／秒）で受信して記憶部４１に保存する。入力判定部４３は、タッチパネル１２からの出力信号（タッチ領域１２１内の素領域及びダイヤル領域１２２２内の素領域における静電容量の変化を示す信号）に基づいて、タッチパネル１２のタッチ領域１２１及びダイヤル３１への入力操作を検知する。また、入力判定部４３は、受光部５５２からの出力信号に基づいて（受光部５５２から光検出信号の出力が停止したことに基づいて）、いずれかのプッシュスイッチ５２１～５２５への入力操作が行われたことを検知する。

次に、第２実施形態のタッチパネル操作装置５の動作例を説明する。タッチ領域１２１への入力操作及びダイヤル３１への入力操作については第１実施形態のタッチパネル操作装置１と同様であるため、説明を省略する。

ユーザがプッシュスイッチ５２１～５２５のいずれかへの入力操作（プッシュスイッチ５２１～５２５のいずれかを押す操作）を行うと、入力操作されたプッシュスイッチ５２１～５２５が下方位置（第２位置）に移動して上記光路を塞ぐ。これによって、光源５５１から発せられた光がそのプッシュスイッチで遮断され、受光部５５２からの光検出信号が停止する。入力判定部４３は、受光部５５２から出力される光検出信号が記憶部４１に保存されている閾値を下回った場合（典型的には光検出信号がゼロになった場合）に、さらに、タッチパネル１２のプッシュスイッチ領域１２２１内の素領域において、記憶部４１に保存されている閾値を超える静電容量の変化があったか否かを判定する。入力判定部４３は、タッチパネル１２のプッシュスイッチ領域１２２１内の素領域において、記憶部４１に保存されている閾値を超える静電容量の変化があった場合には、その素領域を特定し、その素領域の位置に基づいて入力操作が行われたプッシュスイッチ５２１～５２５を特定する。

このように、第２実施形態のタッチパネル操作装置５では、プッシュスイッチ５２１～５２５に対する入力操作を、光センサ５５（受光部５５２）からの出力信号とタッチパネル１２の素領域における静電容量の変化の両方に基づいて検知する。そのため、何らかの要因でタッチパネル１２に意図しない静電容量の変化が生じても、光センサ５５からの出力信号が記憶部４１に保存された閾値を下回らない限り、静電容量の変化に基づく誤検出が生じることがない。また、第２実施形態のタッチパネル操作装置５においても、タッチパネル１２のタッチ領域１２１と物理操作領域１２２（プッシュスイッチ領域１２２１及びダイヤル領域１２２２）に異なる静電容量の閾値を設定する必要はない。ただし、第２実施形態のタッチパネル操作装置５においても、各領域に異なる静電容量の閾値を設定することを排除するものではない。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態のタッチパネル操作装置６について説明する。第１実施形態のタッチパネル操作装置１や第２実施形態のタッチパネル操作装置５と共通の構成要素については同一の符号を付して、適宜、説明を省略する。

図６に、第３実施形態のタッチパネル操作装置６の本体部６０の要部構成を示す。図６には、本体部６０の平面図のほか、Ａ－Ａ’断面図（下側）、及びＢ－Ｂ’断面図（右側）を示している。また、Ａ－Ａ’断面のうち、破線で囲まれた部分の部分拡大図を示している。

第３実施形態のタッチパネル操作装置６では、第２実施形態のタッチパネル操作装置５と同様に、ボタンパネル６３のうち、プッシュスイッチ６２１～６２５が配置される位置には貫通孔が形成されており、各プッシュスイッチ６２１～６２５は、ボタンパネル６３の下方位置まで移動可能になっている。各プッシュスイッチ６２１～６２５の底部側面には永久磁石６５１が内蔵されており、また、ボタンパネル６３の貫通孔の内周にも永久磁石６５３が取り付けられている。ユーザがプッシュスイッチ６２１～６２５を押す操作を行うと、プッシュスイッチ６２１～６２５に取り付けられた永久磁石６５１とボタンパネル６３に取り付けられた永久磁石６５３が離間し、プッシュスイッチ６２１～６２５が元の位置に戻る方向に磁気的な引力が働く。これにより、ユーザは、操作感（プッシュスイッチを押した感覚）を得ることができ、また、ユーザがプッシュスイッチ６２１～６２５から手を離すとそのプッシュスイッチが元の位置に戻る。

第１実施形態のタッチパネル操作装置１や第２実施形態のタッチパネル操作装置５では、装置の周縁部に圧力センサ１５や光センサ５５を配置したが、第３実施形態では、LCDモジュール１１の背面側（タッチパネル１２と反対の側）に背面部材６６が配置されている。背面部材６６の、プッシュスイッチ６２１～６２５のそれぞれに内蔵されている永久磁石６５１の下方位置（ボタンパネル１３、タッチパネル１２、及びLCDモジュール１１を挟んだ位置）には、磁気センサ６５２が収容されている。各磁気センサ６５の出力信号はまとめて制御・処理部４０に入力される。磁気センサ６５には、例えばホール素子を用いることができる。

本実施形態では磁気センサ６５２からの出力信号をまとめて制御・処理部４０に入力するが、磁気センサ６５２からの出力信号を個別に制御・処理部４０に入力してもよい。磁気センサ６５２からの出力信号をまとめて制御・処理部４０に入力する構成を採ることにより、入力判定部４３で1つの出力信号の値のみを判定すればよく、判定時の負荷を軽減することができる。一方、磁気センサ６５２からの出力信号を個別に制御・処理部４０に入力すると、磁気センサ６５２からの出力信号の変化を生じさせた永久磁石６５１を特定し、それに基づいてユーザが操作したプッシュスイッチ６２１～６２５を特定することができる。

第３実施形態のタッチパネル操作装置６では、入力判定部４３は、タッチパネル１２と磁気センサ６５２からの出力信号を、所定の時間間隔（例えば60回／秒）で受信し、記憶部４１に保存する。入力判定部４３は、タッチパネル１２からの出力信号（タッチ領域１２１内の素領域及びダイヤル領域１２２２内の素領域における静電容量の変化を示す信号）に基づいて、タッチパネル１２のタッチ領域１２１及びダイヤル３１への入力操作を検知する。また、入力判定部４３は、磁気センサ６５２からの出力信号に基づいて、いずれかのプッシュスイッチ６２１～６２５への入力操作が行われたことを検知する。

次に、第３実施形態のタッチパネル操作装置６の動作例を説明する。タッチ領域１２１への入力操作及びダイヤル３１への入力操作については第１実施形態のタッチパネル操作装置１及び第２実施形態のタッチパネル操作装置５と同様であるため、説明を省略する。

ユーザがプッシュスイッチ６２１～６２５のいずれかへの入力操作（プッシュスイッチ６２１～６２５のいずれかを押す操作）を行うと、入力操作されたプッシュスイッチ６２１～６２５とともに、当該プッシュスイッチに内蔵された永久磁石６５１も下方に移動する（図６のＡ－Ａ’断面におけるプッシュスイッチ６２１参照）。このように永久磁石６５１と磁気センサ６５２の相対位置が変化することによって、その永久磁石６５１の下方に配置された磁気センサ６５２から出力される電圧が変化する。入力判定部４３は、磁気センサ６５２から出力される信号の変化が記憶部４１に保存されている閾値を超えた場合に、さらに、タッチパネル１２のプッシュスイッチ領域１２２１内の素領域において、記憶部４１に保存されている閾値を超える静電容量の変化があったか否かを判定する。入力判定部４３は、タッチパネル１２のプッシュスイッチ領域１２２１内の素領域において、記憶部４１に保存されている閾値を超える静電容量の変化があった場合には、その素領域を特定し、その素領域の位置に基づいて入力操作が行われたプッシュスイッチ６２１～６２５を特定する。磁気センサ６５２からの出力信号を個別に制御・処理部４０に入力する構成の場合、入力判定部４３は、さらに、出力信号の変化が生じた磁気センサ６５２に対応する永久磁石６５１を特定することによっても、ユーザが操作したプッシュスイッチ６２１～６２５を特定してもよい。

このように、第３実施形態のタッチパネル操作装置６では、プッシュスイッチ６２１～６２５に対する入力操作を、磁気センサ６５２からの出力信号とタッチパネル１２の素領域における静電容量の変化の両方に基づいて検知する。そのため、何らかの要因でタッチパネル１２に意図しない静電容量の変化が生じても、磁気センサ６５２からの出力信号の変化量が記憶部４１に保存された閾値を超えない限り、静電容量の変化に基づく誤検出が生じることがない。また、第３実施形態のタッチパネル操作装置６においても、タッチパネル１２のタッチ領域１２１と物理操作領域１２２（プッシュスイッチ領域１２２１及びダイヤル領域１２２２）に異なる静電容量の閾値を設定する必要はない。ただし、第３実施形態のタッチパネル操作装置６においても、各領域に異なる静電容量の閾値を設定することを排除するものではない。

上記の各実施形態はいずれも本発明の好ましい一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜の構成を採ることができる。

第１実施形態～第３実施形態では、ユーザにプッシュボタンを押す操作感を与えるとともに、ユーザがボタンから手を離したときにプッシュボタンを元の位置に復元させるために、互いに異なる機構を用いたが、各実施形態における機能を損ねない限りにおいて、これらの機構を適宜に組みわせてもよい。例えば、第３実施形態のように、永久磁石による磁気的引力を利用する機構を第１実施形態のタッチパネル操作装置１や第２実施形態のタッチパネル操作装置５に適用してもよい。

上記の各実施形態は、車両に搭載されるオーディオ装置を制御するためのタッチパネル操作装置としたが、工場において産業機器の制御を行ったりする場合等、様々な状況において上記同様の構成を有するタッチパネル操作装置を用いることができる。

上記実施形態では、1つのボタンパネルについてのみ説明したが、プッシュボタンやダイヤルなどの物理操作部の配置が異なる複数のボタンパネルを用意し、各ボタンパネルに応じたLCDモジュール１１への画面表示のデータを記憶部に保存してもよい。その場合には、用途に応じたボタンパネルを取り付けるとともに、LCDモジュールの画面にそのボタンパネルに対応した表示を行うように構成すればよい。LCDモジュールの画面表示は、記憶部に保存されたものの中からユーザが自ら選択してもよいが、例えばボタンパネルに、そのボタンパネルの種類や識別番号などを記憶したチップを取り付けるとともに、制御・処理部にチップ読取部を設けておき、該チップ読取部で読み取った、ボタンパネルの種類や識別番号の情報から自動的に当該ボタンパネルに対応したLCDモジュールの画面表示を行うとよい。

上記の各実施形態では、ボタンパネルにプッシュスイッチとダイヤルを設けたが、その他、スライダなどを設けてもよい。また、第１実施形態～第３実施形態におけるダイヤルの中央を押し込み可能にしてもよい。その場合には、ダイヤル中央部の押し込みを検知する機構を上記実施形態におけるプッシュスイッチの入力操作を検知する機構と同様に構成すればよい。

第３実施形態では、プッシュスイッチに内蔵された永久磁石６５１毎に、当該永久磁石６５１の下方に磁気センサ６５２を設けたが、複数の永久磁石６５１に対して1つの磁気センサ６５２を設け、それら複数の永久磁石６５１の変位を1つの磁気センサ６５２で検知するようにしてもよい。ただし、第３実施形態のようにプッシュスイッチ６２１～６２５毎に磁気センサ６５２を備えることが、各プッシュスイッチ６２１～６２５への入力操作に伴って生じる当該プッシュスイッチ６２１～６２５に内蔵されている永久磁石６５１の変位をより精確に検知することができるという点で好ましい。

また、第３実施形態では、プッシュボタン６２１～６２５への入力操作に伴って永久磁石６５１と磁気センサ６５２の間の距離が変化するような構成であればよく、例えば、第１実施形態と同様のボタンパネル及びプッシュボタンを用い、各プッシュボタンの操作部に永久磁石を内蔵した構成を採ることもできる。

本発明に係る入力検知部として、第１実施形態～第３実施形態では、圧力センサ１５、光センサ５５、磁気センサ６５２を1つずつ個別に用いたが、これらのうちの複数を備えたタッチパネル操作装置としてもよい。

［態様］
上述した例示的な実施形態が以下の態様の具体例であることは、当業者には明らかである。

（第１項）
本発明の一態様に係るタッチパネル操作装置は、
複数の素領域で構成され、素領域毎に静電容量の変化を検出するタッチパネルと、
前記タッチパネルの表面の一部領域に設けられ、ユーザによる物理的な入力操作を受け付ける物理操作部と、
前記物理操作部に対する入力操作を、前記タッチパネルにおける静電容量の変化以外の方式で検知する入力検知部と、
前記入力検知部により前記物理操作部に対する入力操作が検知された場合に、予め決められた閾値を超える静電容量の変化が検出された前記一部領域内の素領域を特定することにより、前記一部領域に設けられた物理操作部に対する入力操作が行われたと判定する判定部と
を備える。

第１項に係るタッチパネル操作装置は、静電容量式タッチパネルの表面に設けられた物理操作部に対する入力操作をタッチパネルの静電容量の変化以外の方式で検知する入力検知部を備えている。本発明に係るタッチパネル操作装置では、入力検知部により物理操作部に対する入力操作が検知された場合に、判定部が、予め決められた閾値を超える静電容量の変化が検出されたタッチパネル内の位置（即ち、素領域の位置）を特定し、その位置（前記「一部領域」）に設けられた物理操作部に対して入力操作が行われたと判定する。第１項に係るタッチパネル操作装置では、入力検知部によって物理操作部に対する入力操作が検知されない限り、何らかの要因でタッチパネルに意図しない静電容量の変化が生じても、その静電容量の変化に基づく誤検出が生じることがない。また、タッチパネルの表面に、物理操作部を配置した領域と、物理操作部を配置しない領域（タッチパネルに直接触れる入力操作を行う領域）を設ける場合でも、それらに異なる静電容量の閾値を設定する必要はない。

（第２項）
第２項に係るタッチパネル操作装置は、第１項に係るタッチパネル操作装置において、
前記物理操作部が、複数のプッシュスイッチを有するボタンパネルを有し、
前記入力検知部が、前記ボタンパネルへの圧力を検出する圧力センサを有する
ことを特徴とする。

第２項に係るタッチパネル操作装置では、ボタンパネルへの圧力を圧力センサで検出することによって、ユーザがボタンパネルのいずれかのプッシュスイッチを押す入力操作を行ったことを検知し、さらに前記判定部により、入力操作が行われたプッシュスイッチを特定することができる。

（第３項）
第３項に係るタッチパネル操作装置は、第２項に係るタッチパネル操作装置において、
前記プッシュスイッチが、該プッシュスイッチへの入力操作が行われる方向に弾性変形する弾性変形部を有する
ことを特徴とする。

第３項に係るタッチパネル操作装置では、ユーザがプッシュスイッチへの入力操作を行ったときに弾性変形部が収縮するため、ユーザがプッシュスイッチを押す操作を行った操作感が得られる。

（第４項）
第４項に係るタッチパネル操作装置は、第１項から第３項のいずれかに係るタッチパネル操作装置において、
前記物理操作部が、初期位置である第１位置と、該第１位置よりもタッチパネルの表面に近い第２位置の間で移動するように構成された複数のプッシュスイッチを有し、
前記入力検知部が、光源と、該光源から発せられる光を受光する受光部とを有し、該光源から該受光部に至る光路上に、前記第２位置にある前記複数のプッシュスイッチが位置するように構成された光センサを有する
ことを特徴とする。

第４項に係るタッチパネル操作装置では、第２位置にあるプッシュスイッチによって光源から発せられる光が遮断されたことを光センサで検出することによって、ユーザがいずれかのプッシュスイッチを押す入力操作を行ったことを検知し、さらに前記判定部により、入力操作が行われたプッシュスイッチを特定することができる。

（第５項）
第５項に係るタッチパネル操作装置は、第１項から第４項のいずれかに係るタッチパネル操作装置において、
前記物理操作部が、永久磁石が内蔵された複数のプッシュスイッチを有し、
前記入力検知部が、前記永久磁石の変位に応じた電圧を出力する磁気センサ（例えばホール素子）を有する
ことを特徴とする。

第５項に係るタッチパネル操作装置では、プッシュスイッチに内蔵された永久磁石の変位に伴って磁気センサから出力される電圧が変化したことを検出することによって、ユーザがプッシュスイッチを押す入力操作を行ったことを検知し、さらに前記判定部により、入力操作が行われたプッシュスイッチを特定することができる。

（第６項）
第６項に係るタッチパネル操作装置は、第５項に係るタッチパネル操作装置において、
前記複数のプッシュスイッチのそれぞれに、当該プッシュスイッチに内蔵された永久磁石の変位に応じた電圧を出力する磁気センサ（例えばホール素子）が設けられている。

第６項に係るタッチパネル操作装置では、プッシュスイッチ毎に磁気センサを備えることで、各プッシュスイッチへの入力操作に伴って生じる当該プッシュスイッチに内蔵されている永久磁石の変位をより精確に検知することができる。

１、５、６…タッチパネル操作装置
１０、５０、６０…本体部
１１…LCDモジュール
１２…タッチパネル
１２１…タッチ領域
１２２…物理操作領域
１２２１…プッシュスイッチ領域
１２２２…ダイヤル領域
１３、５３、６３…ボタンパネル
１４…スペーサ部材
１５…圧力センサ
２１～２５、５２１～５２５、６２１～６２５…プッシュスイッチ
２６、５２６…弾性変形部
２７…操作部
３１…ダイヤル
３１１…固定部
３１２…回転部
３１３…導電性チップ
４０…制御・処理部
４１…記憶部
４２…表示制御部
４３…入力判定部
４４…機器制御実行部
４５…制御・処理プログラム
５５…光センサ
５５１…光源
５５２…受光部
６５…磁気センサ
６５１…永久磁石
６５２…ホール素子
６５３…永久磁石
６６…背面部材

Claims (5)

1. 複数の素領域で構成され、素領域毎に静電容量の変化を検出するタッチパネルと、
   前記タッチパネルの表面の一部領域に設けられ、ユーザによる物理的な入力操作を受け付ける物理操作部と、
   前記物理操作部に対する入力操作を、前記タッチパネルにおける静電容量の変化以外の方式で検知する入力検知部と、
   前記入力検知部により前記物理操作部に対する入力操作が検知された場合に、予め決められた閾値を超える静電容量の変化が検出された前記一部領域内の素領域を特定することにより、前記一部領域に設けられた物理操作部に対する入力操作が行われたと判定する判定部と
   を備え、
   前記物理操作部が、複数のプッシュスイッチを有するボタンパネルを有し、
   前記入力検知部が、前記ボタンパネルへの圧力を検出する圧力センサを有する
   ことを特徴とするタッチパネル操作装置。
2. 前記プッシュスイッチが、該プッシュスイッチへの入力操作が行われる方向に弾性変形する弾性変形部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル操作装置。
3. 複数の素領域で構成され、素領域毎に静電容量の変化を検出するタッチパネルと、
   前記タッチパネルの表面の一部領域に設けられ、ユーザによる物理的な入力操作を受け付ける物理操作部と、
   前記物理操作部に対する入力操作を、前記タッチパネルにおける静電容量の変化以外の方式で検知する入力検知部と、
   前記入力検知部により前記物理操作部に対する入力操作が検知された場合に、予め決められた閾値を超える静電容量の変化が検出された前記一部領域内の素領域を特定することにより、前記一部領域に設けられた物理操作部に対する入力操作が行われたと判定する判定部と
   を備え、
   前記物理操作部が、初期位置である第１位置と、該第１位置よりもタッチパネルの表面に近い第２位置の間で移動するように構成された複数のプッシュスイッチを有し、
   前記入力検知部が、光源と、該光源から発せられる光を受光する受光部とを有し、該光源から該受光部に至る光路上に、前記第２位置にある前記複数のプッシュスイッチが位置するように構成された光センサを有する
   ことを特徴とするタッチパネル操作装置。
4. 複数の素領域で構成され、素領域毎に静電容量の変化を検出するタッチパネルと、
   前記タッチパネルの表面の一部領域に設けられ、ユーザによる物理的な入力操作を受け付ける物理操作部と、
   前記物理操作部に対する入力操作を、前記タッチパネルにおける静電容量の変化以外の方式で検知する入力検知部と、
   前記入力検知部により前記物理操作部に対する入力操作が検知された場合に、予め決められた閾値を超える静電容量の変化が検出された前記一部領域内の素領域を特定することにより、前記一部領域に設けられた物理操作部に対する入力操作が行われたと判定する判定部と
   を備え、
   前記物理操作部が、それぞれに永久磁石が内蔵された複数のプッシュスイッチを有し、
   前記入力検知部が、前記永久磁石の変位に応じた電圧を出力する磁気センサを有する
   ことを特徴とするタッチパネル操作装置。
5. 前記複数のプッシュスイッチのそれぞれに、当該プッシュスイッチに内蔵された永久磁石の変位に応じた電圧を出力する磁気センサが設けられている
   ことを特徴とする、請求項４に記載のタッチパネル操作装置。

Images