输入装置及使用所述输入装置的多个点的载荷检测方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种能够获得同时按压的多个按压点的各载荷的输入装置及多个点的载荷检测方法。本发明的输入装置(1)的特征在于，所述输入装置(1)具有：能够检测在操作面(4a)上被同时按压的多个按压点(A、B)的各按压位置的静电电容式触控面板传感器；能够检测各按压点(A、B)的重心位置及重心载荷的载荷检测传感器；能够基于各按压点的位置坐标(x1，y1)、(x2，y2)、重心坐标(X，Y)及重心载荷(Z)来计算各按压点(A、B)处的各载荷(z1，z2)的控制部。
【专利说明】输入装置及使用所述输入装置的多个点的载荷检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种搭载于携带设备或其他电子设备上、通过使手指等接触操作面板而进行操作的输入装置。
【背景技术】
[0002]在以下所示的各专利文献I中记载有能够检测出通过手指等在操作面上进行操作时的按压点的位置坐标和载荷的输入装置。
[0003]在这些专利文献中，能够检测位置坐标和载荷两者的按压点为一点，但对于同时按压多个位置时的各按压点处的位置坐标及载荷的检测没有任何记载。
[0004]先行技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2009-87311号公报
[0007]专利文献2:日本特开2010-146206号公报
[0008]专利文献3:日本特开2010-211399号公报
[0009]专利文献4:日本特开2010-244514号公报
【发明内容】
[0010]本发明用于解决上述现有的课题，其目的在于提供一种能够获得同时按压的多个按压点的各载荷的输入装置及使用所述输入装置的多个点的载荷检测方法。
[0011]解决方案
[0012]本发明的输入装置的特征在于，所述输入装置具有:位置检测传感器，其能够检测在操作面上被同时按压的多个按压点的各按压位置；载荷检测传感器，其能够检测各按压点的重心位置及重心载荷；控制部，其能够基于各按压点的位置坐标、重心坐标及重心载荷来计算各按压点处的各载荷。
[0013]另外，本发明的多个点的载荷检测方法的特征在于，所述多个点的载荷检测方法使用能够检测在操作面上被同时按压的多个按压点的各按压位置的位置检测传感器、和能够检测各按压点的重心位置及重心载荷的载荷检测传感器，在同时按压所述操作面上的不同的多个位置时，由控制部通过以下的步骤求出各按压点的各载荷，所述步骤包括:
[0014]通过所述位置检测传感器来求出各按压点的位置坐标的坐标检测步骤；
[0015]通过所述载荷检测传感器来求出各按压点的重心坐标及重心载荷的重心检测步骤；
[0016]基于各按压点的位置坐标、所述重心坐标及所述重心载荷来计算各按压点的各载荷的载荷计算步骤。
[0017]如此，在本发明中设有控制部，当在操作面上同时按压多个点时，该控制部能够基于由位置检测传感器的输出而获得的各按压点处的位置坐标、由载荷检测传感器的输出而获得的各按压点的重心坐标及重心载荷的各数据来计算各按压点处的各载荷。所述控制部经由上述的步骤而能够计算各按压点的各载荷。与此相对地，在各专利文献中未公开与本发明相同的控制部，在同时按压多个点时，无法知晓各按压点的各载荷。
[0018]如此，若与各专利文献所记载的输入装置的结构进行对比可知，在本发明中，无需使所述输入装置的结构复杂，便能够适当且容易地计算同时按压多个点时的各按压点处的各载荷。
[0019]在本发明中，优选所述载荷检测传感器在表面为所述操作面侧的面板周边部的背面侧设有多个。由此，能够适当且容易地检测重心坐标及重心载荷。
[0020]另外，在本发明中，优选所述位置检测传感器为静电电容式触控面板传感器。由此，能够更高精度地检测同时按压时的多个按压点的各位置坐标。
[0021]另外，在本发明中，优选地，在所述控制部中，当检测到被同时按压的3点的各按压点全部位于同一直线上时，对任一所述按压点的所述位置坐标及所述重心坐标进行修正而计算各按压点处的各载荷。
[0022]另外，在本发明中，优选地，所述多个点的载荷检测方法在所述坐标检测步骤及所述重心检测步骤与所述载荷计算步骤之间具有如下步骤:
[0023]按压点判断步骤，在该按压点判断步骤中，检测被同时按压的3点的各按压点是否全部位于同一直线上，当检测到全部所述按压点位于同一直线上时，移向下一步的修正步骤，当未检测到全部所述按压点位于同一直线上时，移向所述载荷计算步骤；
[0024]修正步骤，在该修正步骤中，当检测到全部的所述按压点位于同一直线上时，对任一所述按压点的所述位置坐标及所述重心坐标进行修正，
[0025]当从所述修正步骤移向所述载荷计算步骤时，使用修正后的所述位置坐标及所述重心坐标进行所述载荷计算。
[0026]进而，优选地，所述多个点的载荷检测方法具有载荷判断步骤，在该判断步骤中，判断从所述修正步骤移向所述载荷计算步骤而计算出的各按压点的各载荷是否大于0且小于重心载荷(Z),
[0027]当任一所述按压点的载荷为0以下或重心载荷以上时，再次返回修正步骤而变更对所述重心坐标的修正值，并再次进行载荷计算。
[0028]由此，即使在3点的各按压点排列在同一线上的情况下，也能够进行各按压点处的载荷计算。
[0029]发明效果
[0030]在本发明中，无需使输入装置的结构复杂，便能够适当且容易地计算同时按压多个点时的各按压点处的各载荷。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本发明的实施方式中的输入装置(触控面板)的局部纵向剖视图。
[0032]图2是本实施方式的输入装置的框图。
[0033]图3是静电电容式触控面板传感器的说明图。
[0034]图4是载荷检测传感器的说明图，图4(a)是局部纵向剖视图，图4(b)是构成载荷检测传感器的传感器基板的背面透视图。
[0035]图5是表示本实施方式的输入装置的俯视图，尤其是用于说明同时按压2点时能够获得各按压点的各载荷的情况的操作状态图。
[0036]图6是使用本实施方式的输入装置而同时按压多个点时的流程图。
[0037]图7是用于说明比较例的输入装置同时按压2点时无法获得各按压点的各载荷的情况的操作状态图。
[0038]图8是用于说明使用本实施方式的输入装置而同时按压3点时能够获得各按压点的各载荷的情况的操作状态图。
[0039]图9是用于说明其他实施方式的输入装置的结构的俯视图。
[0040]图10是表示使用本实施方式的输入装置而同时按压3点时全部的按压点在同一直线上排列的状态的俯视图。
[0041]图11是在如图10所示3点的按压点在同一直线上排列时使得能够进行载荷计算的流程图。
【具体实施方式】
[0042]图1是本发明的实施方式中的输入装置(触控面板)的局部纵向剖视图，图2是本实施方式的输入装置的框图，图3是静电电容式触控面板传感器的说明图，图4是载荷检测传感器的说明图，图4(a)是局部纵向剖视图，图4(b)是构成载荷检测传感器的传感器基板的背面透视图。
[0043]本实施方式中的输入装置(触控面板)I是在静电电容式触控面板传感器(位置检测传感器)2的背面侧具备多个载荷检测传感器3的结构。
[0044]静电电容式触控面板传感器2具有透明的操作面板4、以及设置在操作面板4的背面4b上的传感器层5。操作面板4由玻璃或塑料等构成。操作面板4的表面为操作面4a。
[0045]传感器层5例如图3所示具有由ITO等形成的X电极27和Y电极28。X电极27与Y电极28之间绝缘。另外，X电极27与Y电极28正交。当利用手指按压操作面4a上时，手指与各电极27、28之间的静电电容发生变化。能够基于该静电电容变化来检测手指的操作位置。在静电电容式触控面板传感器2中，基于上述的静电电容变化，在以多个点同时按压操作面4a上时，也能够检测各按压点的X坐标及Y坐标。传感器层5的结构不局限于图3的结构。可以如图3那样使电极为X电极27与Y电极28的双层结构，也可以由单层结构构成。另外，也可以不采用静电电容式而采用电阻膜式等。在采用电阻膜式的情况下，通过将相同的平面的电阻层分离成多个等，从而在同时按压多个点时能够同时检测各按压点的位置坐标。但是，通过采用静电电容式，在同时按压多个点的情况下，能够更高精度地检测多个按压点的各位置坐标。
[0046]在图1中虽未图示，但通过在操作面板4的背面4b的周围设置装饰层，能够区分成操作区域和不透明的装饰区域，在该操作区域，通过操作面板4进行液晶显示器(LCD) 10的显示并能够进行操作面4a上的操作，在该装饰区域，对操作区域的周围的进行边饰。在装饰区域中，设置在传感器层5上的金属配线被绕开，所述金属配线形成为无法从操作面4a侧观察到。另外，在装饰区域中可以配置接下来说明的载荷检测传感器3。
[0047]如图4所不,载荷检测传感器3具有传感器基板12和基底基板13。在传感器基板12上设置有位移部14和在位移部14的上表面朝向上方突出的突起状的受压部17。在传感器基板12与基底基板13之间形成有规定的空间部15，由此位移部14在受到载荷时能够沿高度方向位移。如图4(a)、(b)所示，在传感器基板12的背面设置有作为形变检测元件的多个压电电阻元件16。在因由受压部17承受的载荷而使位移部14沿高度方向进行位移时，各压电电阻兀件16的电阻与该位移量相应地变化，由各压电电阻兀件16构成的电桥电路的中点电位发生变化，由此能够获得传感器输出。如图4(b)所示，从各压电电阻元件16绕开的配线部18与未图示的焊盘部电连接。
[0048]本实施方式中的载荷检测传感器3也可以是图4所示的结构以外的结构。例如，也可以采用如下结构:在按压操作面4a时因2个电极间的距离的变化而使静电电容变化，根据该静电电容变化能够检测载荷。
[0049]如图1所示，载荷检测传感器3配置在静电电容式触控面板传感器2的背面侧。载荷检测传感器3例如图5(a)所示配置在操作面4a的周边部的4角。另外，如图1所示，具备支承载荷检测传感器3的支承部9，该支承部9与静电电容式触控面板传感器2之间通过能够沿高度方向变形的连接部11连接。由此，在按压操作面4a时，操作面板4向下方移动，能够向载荷检测传感器3施加载荷。连接部11例如为双面胶带。
[0050]需要说明的是，触控面板I中的载荷检测传感器3的支承结构不局限于图1所示的结构。另外，触控面板I中的载荷检测传感器3的位置不局限于图5(a)所示的位置，例如，也可以分别配置在触控面板I的周边部的各边的中央部，载荷检测传感器3是可以适当地配置在能够适当检测按压力的载荷的位置的元件。
[0051]如图2所示，本实施方式的触控面板I具备与静电电容式触控面板传感器2和载荷检测传感器3连接的控制部(IC)20。另外，构成为能够将来自控制部20的数据向设备主体部的图像处理部21发送。所述控制部20在同时按压操作面4a上的多个点时能够计算各按压点的各载荷。
[0052]以下，利用图5、图6对求出同时按压的各按压点的各载荷的算法进行说明。
[0053]图5(a)表示同时按压本实施方式的输入装置I的操作面4a上的不同的多个位置时的俯视图(图6的步骤STl)。
[0054]此时，图2所示的控制部20基于来自静电电容式触控面板传感器2的输出而能够求出按压点A的位置坐标(xl，yl)和按压点B的位置坐标(x2，y2)(图6的步骤ST2 (坐标检测步骤))。
[0055]进而，如图5(b)所示，图2所示的控制部20基于各载荷检测传感器3的输出能够求出各按压点A、B的重心坐标(X，Y)和重心载荷(Z)(图6的步骤ST3(重心检测步骤))。
[0056]在此，重心坐标(X，Y)及重心载荷(Z)可以根据来自载荷检测传感器3的各传感器输出等由以下的数学式I进行计算。
[0057]数学式I
[0058]X=(s2+s3) / {(sl+s4) + (s2+s3)} Xff
[0059]Y= (s3+s4) / {(sl+s2) + (s3+s4)} XH
[0060]Z=(sl+s2+s3+s4) / S
[0061]在此，s1、s2、s3、s4表不来自图5 (b)所不的各载荷检测传感器3的传感器输出，例如单位为mV。另外，S表示各载荷检测传感器3的传感器灵敏度，例如单位为mV / N。另夕卜，W表示沿X方向排列的各载荷检测传感器3的中心间的宽度尺寸，H表示沿Y方向排列的各载荷检测传感器3的中心间的长度尺寸。需要说明的是，上述(数学式I)是求出重心坐标(X，Y)及重心载荷(Z)的一个例子，不局限于使用该数学式进行计算的方法。
[0062]另外，在重心坐标(X，Y)及重心载荷(Z)与各按压点A、B处的位置坐标(xl，yl，x2，y2)及分别作用于各按压点A、B上的载荷(zl，z2)之间，以下的数学式2成立。
[0063]数学式2
[0064]X = (zlxl+z2x2) / (zl+z2)
[0065]Y= (zlyl+z2y2) / (zl+z2)
[0066]Z=zl+z2
[0067]如此，基于来自静电电容式触控面板传感器2的输出，各按压点A、B处的位置坐标(xl，yl)、(X2，y2)为已知，另外，基于载荷检测传感器3的输出，重心坐标(X，Y)及重心载荷(Z)为已知。
[0068]因此，可以基于上述数学式2而根据以下的数学式3计算各按压点A、B的各载荷(zl，z2)(图6的步骤ST4(载荷计算步骤))。
[0069]数学式3
[0070]zl=Z (x2~X) / (x2_xl)
[0071]z2=Z(X-xl) / (x2_xl)
[0072]然后，各按压点A、B处的各载荷(zl, z2)、位置坐标(xl, yl, x2, y2)的各数据向图2所示的图像处理部21发送，图像处理部21基于发送数据而进行液晶显示器10的图像显示处理(图6的步骤ST5)。例如，可以使画面显示根据各按压点A、B处的载荷的大小而变化。
[0073]上述的计算各按压点A、B处的载荷(zl，z2)的算法可以设定成:在起动电源后当以多个点同时按压操作面4a上时始终进行该算法，或者也可以控制成仅在某一模式时进行，在起动所述模式以外的模式时使其结束(图6的步骤ST6)。
[0074]需要说明的是，图6的步骤ST2和步骤ST3的顺序并非表示时间上的顺序，是按照说明的顺序排列在步骤STl与步骤ST4之间进行的各工序的。
[0075]图7(a)、(b)表示比较例的输入装置。在图7(a)中，虽然具备载荷检测传感器3，但不具备图1所示的传感器层5。即，是在操作面板4的背面不具备传感器层5而设有载荷检测传感器3的结构。
[0076]在如图7(a)那样以按压点C按压操作面4a上时，若按压点C为一点，则能够通过上述的数学式I求出按压点C处的位置坐标(x3，y3)及载荷(z3)。需要说明的是，在图7(a)中图示出了按压点C和按压点D、E，但按压点C和按压点D、E为单独的操作。
[0077]如此，若按压点C为一点，则仅通过载荷检测传感器3就能够求出位置坐标和载荷两者。然而，当以按压点D、E同时按压操作面4a上时，能够获得各按压点D、E的重心坐标(X，Y)和重心载荷(Z)，但无法获得各按压点D、E的位置坐标及载荷两者。
[0078]另一方面，在图7(b)所示的比较例的输入装置中，虽然具备传感器层5，但不具备载荷检测传感器3。即，是仅具备图1所示的静电电容式触控面板传感器2的结构。
[0079]在图7(b)中，当同时以2点按压操作面4a上时，虽然能够获得各按压点F、G的各位置坐标(x4，y4)、(x5, y5)，但无法知晓各按压点F、G的各载荷。
[0080]与此相对地，本实施方式的输入装置I具备静电电容式触控面板传感器(位置检测传感器)2和载荷检测传感器3，并且具备可基于各按压点A、B的位置坐标(xl，yl)、(x2,y2)、重心坐标(X，Y)及重心载荷(Z)的各数据来计算各按压点A、B处的各载荷(zl，z2)的控制部20。如此，在本实施方式中，在不仅简单地使静电电容式触控面板传感器2和载荷检测传感器3组合且设置有能够计算同时按压多个点时的各按压点的各载荷的控制部20这一点上具有特征的部分。
[0081]能够计算各按压点A、B处的各载荷的控制部20未记载于上述举出的各专利文献中。在各专利文献中，构成为当同时按压多个点时无法知晓各按压点的载荷的结构。如此，在本实施方式中，若与各专利文献所记载的输入装置的结构进行对比可知，其并未使所述输入装置I的结构复杂，且能够适当且容易地计算同时按压多个点时的各按压点处的各载荷。
[0082]在图8(a)中示出同时按压3点时的实施例。首先，在图6的步骤ST2中，能够获得各按压点1、J、K处的位置坐标(x6，y6)、(x7，y7)、(x8，y8)。接下来，在图6的步骤ST3中，能够获得各按压点1、J、K的重心坐标(X，Y)及重心载荷(Z)。
[0083]并且，各按压点1、J、K的各载荷(z6，z7, z8)可以由以下的数学式4计算(图6的步骤ST4)。
[0084]数学式4
[0085]z6 = Z{(y8-Y)(x7~x8)-(x8~X)(y7-y8)} / {(x6-x8)(y7-y8)-(x7-x8)(y6-y8)}
[0086]z7=Z{(x8_X)(y6_y8)-(y8_Y)(x6_x8)} / {(x6~x8)(y7-y8)-(x7~x8) (y6-y8)}
[0087]z8 = Z { (y7-Y) (x6_x8) - (y6_Y) (x7_x8) - (x8_X) (y6-Y7) } / { (x6_x8)(y7-y8)-(x7-x8) (y6-y8)}
[0088]另外，在图5、图8的实施方式中，虽然将载荷检测传感器3设置在操作面4a的四角，但也可以例如图9所示将2个载荷检测传感器3设置在X方向的两侧。在图9中，操作面4a的Y方向上的长度尺寸H较短，适合于不要求各按压点L、M的Y坐标而用于获知各按压点L、M的X坐标(x9，xlO)和载荷(z9，zlO)的结构。
[0089]在图10的实施方式中，当同时按压3点时，成为各按压点N、0、P全部在同一直线Q上排列的状态。然而，此时，在意欲使用上述的数学式4求出各按压点的各载荷时发现:数学式4中的分母为0，无法求出载荷。
[0090]因此，在本实施方式中，控制部20 (参照图2)具备检测3点的各按压点N、O、P是否全部位于同一直线Q上的功能，而且，当判断为位于同一直线Q上时，以在进行坐标数据的修正后进行载荷计算的方式进行控制。
[0091]图11是判断同时按压的3点的各按压点N、0、P是否全部位于同一直线Q上、并在判断位于同一直线Q上时对于载荷计算具备其他程序的流程图。
[0092]在图11的步骤STlO中，同时按压图10所示的操作面IOa上的不同3点。此时，各按压点N、O、P为全部在同一直线Q上排列的状态。
[0093]在图11的步骤STll (坐标检测步骤)中，利用图2所示的控制部20基于来自静电电容式触控面板传感器2的输出而求出各按压点N、O、P的位置坐标(xll，yll)、(xl2,yl2)、(xl3，yl3)。
[0094]进而，图2所示的控制部20基于各载荷检测传感器3的输出而求出各按压点N、0、P的重心坐标(X，Y)和重心载荷(Z)(图6的步骤ST12 (载荷检测步骤))。重心坐标(X，Y)及重心载荷(Z)可以由上述记载的数学式I求出。[0095]接下来，在图11的步骤ST13中，利用控制部20判断各按压点N、0、P是否位于同一直线Q上。
[0096]利用以下的数学式对判断方法进行说明。
[0097]当将上述的数学式2适用于图10的各按压点的位置坐标(xll，yll)、(xl2，y12)、(xl3, yl3)及各载荷(zll，zl2, zl3)时，获得以下的数学式5。
[0098]数学式5
【权利要求】
1.一种输入装置，其特征在于， 所述输入装置具有:位置检测传感器，其能够检测在操作面上被同时按压的多个按压点的各按压位置；载荷检测传感器，其能够检测各按压点的重心位置及重心载荷；控制部，其能够基于各按压点的位置坐标、重心坐标及重心载荷来计算各按压点处的各载荷。
2.根据权利要求1或2所述的输入装置，其特征在于， 所述载荷检测传感器在表面为所述操作面侧的面板周边部的背面侧设有多个。
3.根据权利要求1或2所述的输入装置，其特征在于， 所述位置检测传感器为静电电容式触控面板传感器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的输入装置，其特征在于， 在所述控制部中，当检测到被同时按压的3点的各按压点全部位于同一直线上时，对任一所述按压点的所述位置坐标及所述重心坐标进行修正而计算各按压点处的各载荷。
5.一种多个点的载荷检测方法，其特征在于， 所述多个点的载荷检测方法使用能够检测在操作面上被同时按压的多个按压点的各按压位置的位置检测传感器、和能够检测各按压点的重心位置及重心载荷的载荷检测传感器，在同时按压所述操作面上的不同的多个位置时，由控制部按照以下的步骤求出各按压点的各载荷，所述步骤包括: 基于所述位置检测传感器的输出来求出各按压点的位置坐标的坐标检测步骤； 基于所述载荷检测传感器的输出来求出各按压点的重心坐标及重心载荷的重心检测步骤； 基于各按压点的位置坐标、所述重心坐标及所述重心载荷来计算各按压点的各载荷的载荷计算步骤。
6.根据权利要求5所述的多个点的载荷检测方法，其特征在于， 所述多个点的载荷检测方法在所述坐标检测步骤及所述重心检测步骤与所述载荷计算步骤之间具有如下步骤: 按压点判断步骤，在该按压点判断步骤中，检测被同时按压的3点的各按压点是否全部位于同一直线上，当检测到全部所述按压点位于同一直线上时，移向下一步的修正步骤，当未检测到全部所述按压点位于同一直线上时，移向所述载荷计算步骤； 修正步骤，在该修正步骤中，当检测到全部的所述按压点位于同一直线上时，对任一所述按压点的所述位置坐标及所述重心坐标进行修正， 当从所述修正步骤移向所述载荷计算步骤时，使用修正后的所述位置坐标及所述重心坐标进行所述载荷计算。
7.根据权利要求6所述的多个点的载荷检测方法，其特征在于， 所述多个点的载荷检测方法具有载荷判断步骤，在该载荷判断步骤中，判断从所述修正步骤移向所述载荷计算步骤而计算出的各按压点的各载荷是否大于O且小于重心载荷(Z), 当任一所述按压点的载荷为O以下或重心载荷以上时，再次返回修正步骤而变更对所述重心坐标的修正值，并再次进行载荷计算。
【文档编号】G06F3/041GK103518176SQ201280022701
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年2月15日 优先权日:2011年5月12日
【发明者】石曾根昌彦, 金子雅史, 牛来志浩, 佐藤崇, 梅津英治 申请人:阿尔卑斯电气株式会社