CN101192485A - 非接触输入装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非接触输入装置，其在外壳表面不显示开关输入部，而仅在使操作体接近外壳来进行输入操作时，通过外壳显示与其输入操作位置相对应的字符或图形。用半透明绝缘外壳对安装有多个自发光型元件的印刷配线基板进行覆盖，沿半透明绝缘外壳的背面形成透明的多个静电电容检测电极。根据接近外壳的操作体与多个静电电容检测电极的静电电容的变化，检测操作体的输入操作位置，对多个自发光型元件进行亮灭控制，通过绝缘外壳来显示对应于输入操作位置的显示。

Description

非接触输入装置

技术领域

本发明涉及根据接近半透明外壳的表面的操作位置，通过半透明外壳显示预定显示的非接触输入装置，更详细而言，涉及通过静电电容检测方式检测接近半透明外壳的操作位置的非接触输入装置。

背景技术

近年来，在要求小型化的便携式电话机等便携式设备中，为了输入操作数据而设置在外壳表面的输入操作区域受到限制，难以按压狭小的输入操作区域进行输入操作。而且，为了不使狭小的外壳表面变得复杂，要求在输入操作前不进行开关输入的显示，而仅在进行输入操作时在外壳表面显示预定的显示。

因此，提出了如下的非接触输入装置：为了解决前者的课题，具有仅通过使操作体接近外壳来检测输入操作和输入操作位置的非接触检测单元，而关于后者，使非接触检测单元的检测部为透明，仅当检测出输入操作时，通过外壳来显示预定的显示(参照专利文献1)。

【专利文献1】特开2003-178657号公报(第5页第7栏至第6页第10栏、图1)

图7是使用该专利文献1中记载的静电电容检测方式，非接触地检测输入操作的现有的非接触输入装置100的分解立体图。图7的非接触输入装置100是电梯用触摸按钮开关，如图所示，从安装了非接触输入装置100的设备的内部向外部积层配置了：安装了作为自发光型元件的LED101的电路基板102；在背面侧贴装了光反射片103a，在表面侧贴装了漫射片103b的导光板103；在表面侧支持透明电极105的透明保持板104；印刷了预定显示106a的显示板106；以及支持显示板106的表面侧周围的支持框107。

光反射片103a在LED101的安装位置被切缺口，因此对着导光板103的一个侧面配置了安装在电路基板102上的LED101。另外，透明电极105通过引出布线105a与未图示的静电电容检测电路连接，监视透明电极105与其周围的静电电容的变化。

如此构成的非接触输入装置100，当不向非接触输入装置100进行输入操作、即作为操作体的手指不接近透明电极105的待机时，在透明电极105的周围没有接地电极，通过与透明电极105连接的静电电容检测电路测定出的静电电容非常小。在这种状态下，LED101不发光，印刷在显示板106上的显示106a不明显。

在对非接触输入装置100进行输入操作时，使手指接近支持框107内。可将手指看作为经由人体与地电位连接的一方的电极，因此，随着手指接近透明电极105，静电电容增大，当通过静电电容检测电路检测出的静电电容超过预定值时，将表示向非接触输入装置100的输入操作的操作数据输出至未图示的设备侧的处理装置，同时对LED101进行发光控制。

从LED101发出的光从导光板103通过漫射片103b向外(图中上方)漫射，通过透明保持板104以及透明电极105，从背面对印刷在显示板106上的显示106a进行照明。其结果，显示106a明亮地显现出来，操作者无需直接接触非接触输入装置100就能识别出通过输入操作执行的内容、或已检测出输入操作。

发明内容

然而，非接触输入装置100根据单一的透明电极105的静电电容的变化来检测输入操作，因此仅可以检测出有无输入操作，无法检测输入操作位置、或基于输入操作位置的变化的输入操作方向，在试图通过输入操作而输出不同操作数据的输入装置中无法采用。

另外，由于仅检测出有无输入操作，因此仅通过作为自发光型元件的LED101对固定的显示106a进行照明，无法根据不同的输入操作而表现不同的显示，显示比较单调。

一般，在非接触地检测不同输入操作位置的静电电容检测方式中，在基板上配置多个静电电容检测电极，根据各电极的静电电容的变化检测输入操作位置，但在基板上配置多个电极的情况下，从各电极向静电电容检测电路引出的引出布线，为了不产生由于接近其他电极或操作体而导致误差的静电电容，将电极通过通孔(through hole)从基板背面侧引出。然而，形成了通孔的基板无法做成透明，在由自发光型元件构成的光源的上方(外部)无法配置由多个电极构成的透明的静电电容检测单元，因此，尽管希望根据不同的输入操作位置，在外壳的表面显示不同的显示，但未能获得实现此设想的非接触输入装置。

而且，在上述现有的非接触输入装置100中，通过配置在设备表面的支持框107表示输入装置，将该支持框107作为输入操作的目标而使手指等接近，但在便携式电话机等小型化便携式设备中，希望对狭小的外壳表面进行更简单的设计，所以，功能性的开关输入部的显示有碍于外壳的外观。

本发明就是考虑到这种现有问题而形成的，其目在于提供一种非接触输入装置，其通常在外壳表面上不显示开关输入部，仅在使操作体接近外壳来进行输入操作时通过外壳显示对应于其输入操作位置的字符或图形。

为实现上述目的，本发明的第一方面的非接触输入装置，其特征在于，具有：在印刷配线基板上分散安装的多个自发光型元件；对安装了多个自发光型元件的印刷配线基板的表面侧进行覆盖的半透明绝缘外壳；分别控制多个自发光型元件的亮灭，显示预定字符或图形的显示控制电路；在所述半透明绝缘外壳的背面或沿所述半透明绝缘外壳的背面设置的透明绝缘片的一面上形成的透明的多个静电电容检测电极；以及根据1个或2个以上的所述静电电容检测电极与接近所述半透明绝缘外壳表面的操作体之间的静电电容的变化，检测操作体的操作位置的静电电容位置检测单元；显示控制电路根据由所述静电电容位置检测单元检测出的操作体的操作位置或操作位置的变化，通过半透明绝缘外壳显示不同的字符或图形。

绝缘外壳为半透明，因此，当通过显示控制电路将全部自发光型元件控制为不发光时，从外部无法看到外壳的内部，绝缘外壳的表面成为不显示开关输入部的简单的设计。

在沿绝缘外壳的背面的一面上形成了多个静电电容检测电极，因此，当使操作体接近绝缘外壳时，操作体与其最接近的静电电容检测电极间的静电电容变为最大，根据较早地超过预定值的静电电容检测电极、或多个静电电容检测电极的静电电容的相对值，检测出操作位置。多个静电电容检测电极不使用形成了通孔的绝缘基板而被配置在一面上，因此，从半透明绝缘外壳的外部可以看到通过多个自发光型元件的亮灭而显示的字符或图形。

本发明的第二方面的非接触输入装置，其特征在于，在所述半透明绝缘外壳的背面或透明绝缘片的一面上、从所述静电电容检测电极向所述静电电容位置检测单元引出的引出布线，形成较细的宽度，以便在检测操作体的操作位置时，使其与所述操作体的静电电容减小到可以忽略的程度。

当操作体接近外壳表面时，以导电材料形成的引出布线和操作体的静电电容也增加，但由于以较细的宽度形成了引出布线，因此与静电电容检测电极与操作体的静电电容相比，成为可以忽略的大小的静电电容，对操作位置的检测没有影响。

本发明的第三方面的非接触输入装置，其特征在于，无需由其他静电电容检测电极包围全部静电电容检测电极静电电容，而在所述半透明绝缘外壳的背面或透明绝缘片的一面上分散形成多个静电电容检测电极。

多个静电电容检测电极，由于都不被其他静电电容检测电极包围，因此可以使与静电电容位置检测单元连接的引出布线不接近其他静电电容检测电极地在同一面上配线。

根据第一方面的发明，在通常不进行输入操作时，在外壳表面上不显现表示开关输入部的显示，因此外壳表面的外观不复杂，可以对具备非接触输入装置的设备进行简单的设计。

另外，根据操作体对外壳的接近位置，通过外壳显示不同的字符或图形，因此，可以对非接触地进行输入操作的操作者传输检测出了输入操作、以及该检测出的输入操作的内容。

根据检测出的操作位置的变化，可以检测出输入操作方向，因此，也可以根据输入操作方向，通过外壳显示不同的字符或图形。因此，即使在一面上形成的静电电容检测电极的数量受到限制，也可以通过输入操作输出多种操作数据。

另外，根据第二方面的发明，通过形成引出布线，可以不使用形成了通孔的基板而在同一面上形成大量的静电电容检测电极，能够以更高精度检测出操作体的操作位置。

另外，根据第三方面的发明，可以使从静电电容检测电极向静电电容位置检测单元引出的引出布线不接近其他静电电容检测电极地进行配线。因此，不会产生与其他静电电容检测电极的电容耦合所导致的影响，引出布线的静电电容的影响较小，因此能够以更高精度检测出操作位置。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的非接触输入装置1的部分分解立体图。

图2是非接触输入装置1的重要部分截面图。

图3是表示非接触输入装置1的结构的框图。

图4是柔性配线基板5的平面图。

图5是表示通过将向右的三角标志显示在两个位置的显示控制信号，对多个发光二极管3分别进行亮灭控制的状态的柔性配线基板5的平面图。

图6是另一实施方式的柔性配线基板22的平面图。

图7是现有的非接触输入装置100的分解立体图。

符号说明

1：非接触输入装置；2：半透明绝缘外壳；3：发光二极管(自发光型元件)；4、21：静电电容检测电极；5、22：柔性配线基板(透明绝缘片)；6、23：引出布线；7：印刷配线基板；9A：静电电容位置检测电路(静电电容位置检测单元)；9B：显示控制电路

具体实施方式

以下，使用图1至图5说明本发明的第一实施方式的非接触输入装置1。图1是非接触输入装置1的部分分解立体图，图2是重要部分截面图。图中的2，在此是兼用作便携式电话机的外壳的一部分的绝缘外壳，包含非接触输入装置1的图示的区域为半透明。半透明绝缘外壳2，在压克力(acryl)、ABS等透明塑料材料中加入预定的颜料，至少调整至使从后述的发光二极管3发出的光通过，而在全部发光二极管3熄灭时无法看到绝缘外壳2的内部(图2中的下方)的程度的透光率。

沿着该绝缘外壳的背面安装有以透明的合成树脂材料形成的柔性配线基板5。在柔性配线基板5的与绝缘外壳2的背面相对的表面上，如图4所示，分别由透明的ITO(氧化铟)电极形成的9种静电电容检测电极4、4··被形成为3行3列的矩阵状。各静电电容检测电极4、4··被形成为：是相同的正方形轮廓，且其表面面积(向绝缘外壳2投影的投影面积)相同。

在柔性配线基板5上一体化形成与FPC用连接器8连接了一端的软引线(flexible tail)5a，印刷形成由沿软引线的长度方向从各静电电容检测电极4、4···引出的透明的银布线形成的引出布线6、6··。软引线5a的一端与安装在印刷配线基板7上的FPC用连接器8相连，由此，各静电电容检测电极4、4··通过引出布线6、6··与安装在印刷配线基板7的背面侧的控制器9的静电电容位置检测电路9A连接。以较细宽度形成各引出布线6，与静电电容检测电极4的表面面积相比，引出布线6的表面面积非常小。

印刷配线基板7与绝缘外壳2平行，隔开预定的间隔被配置在柔性配线基板5的更下方，在其表面上以12行12列的矩阵状安装有144个发光二极管3。如图4所示，其中的4行4列的16个单位发光二极管3被配置在各静电电容检测电极4的下方。

144个发光二极管3由图3所示的驱动器11来分别进行亮灭控制，通过从控制器9中包含的显示控制电路9B向驱动器11输出显示控制信号，以多个发光二极管3的点亮控制的组合，来显示预定的字符或图形。

具有静电电容位置检测电路9A和显示控制电路9B的控制器9由单芯片化的微计算机构成，被安装在印刷配线基板7的背面侧。静电电容位置检测电路9A输出与各静电电容检测电极4、4··和大地之间的静电电容相对应的检测值，当各检测值的最大值超过预定的输入判定值时，判定为进行了输入操作。在此，将输入判定值设定为：当手指接近到距离绝缘外壳2的表面10cm左右时判定为输入操作的值。

当判定为输入操作时，接着检测其输入操作位置。在此，使各静电电容检测电极4、4··的表面面积相同，因此推定出检测值为最大值的静电电容检测电极4最接近所操作的手指，将该静电电容检测电极4的配设位置作为输入操作位置来检测。该输入操作位置，更确切地讲，也可以根据静电电容检测电极4、4··的各检测值的重心来求得。另外，当判定为输入操作后，也可以以一定周期检测输入操作位置，根据输入操作位置的变化来检测输入操作方向。

控制器9，将与检测出的输入操作位置或输入操作方向相对应的预定操作数据，经由接口12输出至根据操作数据执行预定处理的处理装置(PC)13，同时从显示控制电路9B将与检测出的输入操作位置或输入操作方向相对应的显示控制信号输出至驱动器11。

接着，说明如此构成的非接触输入装置1的动作。在不使手指接近绝缘外壳2的待机时，由于地电位的导电体不接近于各静电电容检测电极4、4··，因此从各静电电容检测电极4、4··检测出的静电电容非常小，各检测值达不到输入判定值。非接触输入装置1在此期间判定为不进行输入操作的待机状态，显示控制电路9B对全部发光二极管3进行熄灭控制。因此，半透明的绝缘外壳2中，不会从其内部发光，而仅看到外壳2的表面，其内部的输入装置1的构造不显现在表面侧。

为了向非接触输入装置1进行输入操作，随着操作者使手指接近绝缘外壳2的表面，经过操作者人体的对地静电电容慢慢增加，当使手指接近到距离绝缘外壳2的表面10cm以内时，与最接近手指的静电电容检测电极4的静电电容相对应的检测值超过输入判定值，静电电容位置检测电路9A判定为输入操作。另外，此时被检测出最大检测值的静电电容检测电极4离接近的手指最近，因此，作为输入操作位置来检测该静电电容检测电极4的配设位置。

控制器9的显示控制电路9B，当检测出输入操作和输入操作位置时，将对配置在位于输入操作位置的静电电容检测电极4的下方的16个发光二极管3进行点亮控制的显示控制信号输出至驱动器11，这些发光二极管3发光。从16个发光二极管3发出的光，通过透明的柔性配线基板5和透明的静电电容检测电极4，照射半透明绝缘外壳2的背面，通过绝缘外壳2在操作的手指的下方显示正方形的图形。从而，操作者不接触便携式电话机的绝缘外壳2，便可以得知由非接触输入装置1检测出了输入操作及其输入操作位置。

控制器9，在静电电容位置检测电路9A检测出输入操作的期间，即只要各检测值的最大值不成为小于输入判定值，在静电电容位置检测电路9A中，周期性地以同样的方法检测出输入操作位置，当随着时间的经过输入操作位置变化时，也检测输入操作的操作方向。

在此，当在1秒钟以内按从左向右的顺序作为输入操作位置检测出例如图4所示的某行的3种静电电容检测电极4、4··的设置位置时，判定为在绝缘外壳2的上方进行了从左向右的输入操作，将与从左向右的输入操作相关联的“快进”的控制数据输出至处理装置(PC)13。同时，控制器9的显示控制电路9B向驱动器11输出将表示“快进”的向右的三角标志显示在左右两个位置的显示控制信号，通过该显示控制信号对144个发光二极管3分别进行亮灭控制。其结果，如图5所示，通过绝缘外壳2进行表示“快进”的显示，操作者从该显示中识别出接受了要求“快进”的从左向右的输入操作，处理装置(PC)13接受“快进”的操作数据，使便携式电话机中再生的声音快进。

根据本实施方式，特别是在要求小型化的便携式电话机等便携式设备中，可以将其外观做成好像不设置输入装置那样的简单的式样，并且，在很小的输入操作区域中可以非接触地输入多种操作数据。

在该实施方式中，从各静电电容检测电极4、4··引出的引出布线6，沿着与接近的操作体相对的绝缘外壳2的背面而被配置，特别是，从中央的静电电容检测电极4A引出的引出布线6A，通过与其他静电电容检测电极4、4··接近的间隙被引出，因此，通过静电电容位置检测电路9A而检测出的各静电电容检测电极4、4··的静电电容，会由于引出布线6A的静电电容而变化。然而，使全部引出布线6宽度较细，相对于各静电电容检测电极4、4··的静电电容，而使引出布线6中产生的静电电容成为可以忽略的程度的值，因此可以几乎没有误差地以各静电电容检测电极4、4··单位来检测输入操作位置。

此外，为了进一步减小由于引出布线6A的静电电容造成的检测误差，也可以省略配置在3行3列的中央的静电电容检测电极4A。省略了配置在中央的静电电容检测电极4A的各静电电容检测电极4、4···，由于无需由其他静电电容检测电极包围全部静电电容检测电极4来进行配置，因此不需要通过其他静电电容检测电极4、4间的间隙来引出布线6，而可以从其周围向静电电容位置检测电路9A引出。

图6是如此以不被其他静电电容检测电极21包围的方式配置全部静电电容检测电极21、21··的柔性配线基板22的平面图，也可以如图6所示的静电电容检测电极21、21···那样配置上述各静电电容检测电极4、4··。

各静电电容检测电极21、21··形成将圆形电极以等角度间隔8等分的互相相等的扇形，以8个的全体形成圆形，因此，从各静电电容检测电极21的圆弧状边缘引出的引出布线23，不必接近于其他静电电容检测电极21就可以从软引线22a引出。从而，即使在未设有通孔的透明柔性配线基板22的一面上形成多个静电电容检测电极21、21···，也可以使引出布线23与其他静电电容检测电极21间的静电电容非常小，而以较高精度检测出操作位置。

另外，通过如此以等角度间隔配置相同形状的静电电容检测电极21、21··，除了可以检测出围绕圆周的操作位置以外，还可以精度更高地检测出旋转操作手指时的旋转操作方向和旋转操作速度。

此外，所述的静电电容检测电极4、21和从静电电容检测电极4、21引出的引出布线6、23，可以在半透明的绝缘外壳2的背面或壁厚内直接形成。

另外，在上述实施方式中以发光二极管3说明了显示预定显示的发光源，但若是自发光型元件，代替发光二极管3则也可以是EL(electroluminescence电致发光)等其他发光元件。

产业上的可利用性

本发明适用于通过静电电容方式非接触地检测输入操作的非接触输入装置。

Claims (3)

1.一种非接触输入装置，其特征在于，

具备：

在印刷配线基板上分散安装的多个自发光型元件；

对安装了多个自发光型元件的所述印刷配线基板的表面侧进行覆盖的半透明绝缘外壳；

分别控制所述多个自发光型元件的亮灭，显示预定的字符或图形的显示控制电路；

在所述半透明绝缘外壳的背面、或沿所述半透明绝缘外壳的背面设置的透明绝缘片的一面上形成的多个透明的静电电容检测电极；以及

根据1个或2个以上的所述静电电容检测电极与接近所述半透明绝缘外壳的表面的操作体之间的静电电容的变化，检测操作体的操作位置的静电电容位置检测单元，

所述显示控制电路，根据通过所述静电电容位置检测单元检测出的操作体的操作位置或操作位置的变化，通过所述半透明绝缘外壳显示不同的字符或图形。

2.根据权利要求1所述的非接触输入装置，其特征在于，

在所述半透明绝缘外壳的背面或透明绝缘片的一面上从所述静电电容检测电极向所述静电电容位置检测单元引出的引出布线，被形成较细的宽度，以便在检测操作体的操作位置时，使其与所述操作体的静电电容减小到可以忽略的程度。

3.根据权利要求1所述的非接触输入装置，其特征在于，

所述多个静电电容检测电极无需全部都由其他静电电容检测电极围住，而分散形成在所述半透明绝缘外壳的背面或透明绝缘片的一面上。

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