JP2004334738A

JP2004334738A - 入力装置

Info

Publication number: JP2004334738A
Application number: JP2003132667A
Authority: JP
Inventors: Kunio Sato; 邦生佐藤; Yoshihisa Endo; 芳久遠藤; Masahiro Soma; 正博相馬
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-12
Also published as: JP4049703B2

Abstract

【課題】キー入力モードと位置入力モードを同一の操作面上で行うことが可能な入力装置を提供する。
【解決手段】表示シート５の表面に操作体５０を接近または接触させると、操作体と反転部材１０との間に静電容量Ｃが形成され、操作体５０と対向しない反転部材１０との間には静電容量Ｃは形成されない。よって、前記静電容量Ｃの大小を比較することにより、操作体５０と対向する反転部材１０の位置を検知できる。よって、操作体５０の位置情報を入力できる。また表示シート５に設けられた表示部５ａを押すと、反転部材１０が反転して前記反転部材１０の下面が接点電極９に接触させられるため、キー入力を行うことができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示部が示す入力箇所に指や入力ペンなどの操作体が接近し又は触れた位置を検出する位置入力モードと、表示部が個別に押されたことを検出するキー入力モードとを同一の操作面上で行うことができるようにした入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話などの入力装置には、押釦式の入力手段が設けられ、電話番号の入力、通話の開始や終了などの各種操作が可能とされている。
【０００３】
また最近では携帯電話を利用したインターネット接続環境が増える傾向にあり、携帯電話で様々なサービスの提供が行われるようになってきている。これによって、携帯電話のディスプレイには様々なメニューが表示されるようになり、メニューの選択操作が頻繁に行われるようになっている。
【０００４】
従来の入力装置でメニューの選択を行う場合には、携帯電話に設けられた前記押釦式の入力手段とは別に方向を示す押圧式やスティック式の入力手段が設けられて、メニューの選択可能な位置が移動させられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１２３３６３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の入力装置では、押釦式の入力操作とメニュー選択の入力操作とが異なる入力手段によるものであるため操作性が損われる問題があった。また従来の入力装置ではメニューを移動させる方向は上下方向や左右方向に制限されるため、迅速なメニュー選択を行うことが困難であった。本発明は、上記課題を解決するものであり、操作性を損うことなく、所定の入力箇所を押すキー入力モードと、メニュー選択などのカーソル移動操作などを行う位置入力モードを同一の操作面上で行うことができるようにした入力装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また本発明は、操作者にスイッチ操作が行われたことを認識させるクリック感を確実に体感できるようにした入力装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも１つ以上の表示部を備えた表示シートと、前記表示部に対向して設けられた接点電極と、空間部を介して前記接点電極の周囲を覆うとともに前記表示シートが押されたときに前記接点電極に接触させられる反転部材と、操作体が前記表示シートに接近しまたは接触したときに前記反転部材との間に形成される静電容量を検出して、前記操作体の位置を検出する位置検出手段と、が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の入力装置は、表示シートの下面に設けられたいずれかの反転部材に指や入力ペンなどの操作体を接触または近づけると、反転部材の静電容量が変化するため、位置情報の入力が可能な位置入力モードとすることができる。また表示シートの表面に設けられた表示部を押すと前記反転部材が電極に接触するため、キー入力が可能となる。このように、位置情報の入力とキー入力操作の入力を同一の操作面上で行うことができるため、操作性に優れた入力装置を提供することが可能である。
【００１０】
例えば、前記反転部材は、ドーム状のメタルコンタクトスイッチで構成できる。
【００１１】
上記手段では、反転部材が適度な押圧反力を有するため、操作の度に歯切れの良いクリック感を操作者に与えることができる。よって、操作者にキー入力が確実に行われたことを認識させることができる。
【００１２】
また、前記位置検出手段は、クロック信号を発生するクロック信号生成手段と、前記表示シートの表面に操作体が接近または接触したときに前記反転部材と操作体との間の容量変化に応じて前記クロック信号に立ち上がりの遅延を与える遅延手段と、前記遅延手段を経由しない前記クロック信号を基準として、遅延が与えられた遅延量に応じた信号を生成する遅延信号検出手段と、前記容量の変化量に応じた信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記反転部材毎に出力される前記遅延量に応じた信号を所定のタイミングで選択して前記Ａ／Ｄ変換手段に出力する選択手段と、を有するものである。
【００１３】
上記手段では、各反転部材の静電容量の変化を検出できるため、表示シート上の任意の位置に置かれた操作体の位置情報を検出することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態として入力装置を示す斜視図、図２は図１の２−２線における矢視断面図であり、Ａは操作前の位置入力モード、Ｂは操作中のキー入力モードを示している。また図３は入力装置の構成の概略を示すブロック図、図４は位置検出手段の概略を示す回路構成図、図５は図４の回路図の各部における信号を示しており、Ａはクロック信号生成手段の出力であるクロック信号、Ｂは信号遅延手段の出力信号、ＣはＡＮＤ回路の出力信号（論理積）、Ｄは平滑手段の出力信号である。
【００１５】
図１に示す入力装置１は、携帯型電話をイメージしたものであり、ケース３に表示手段としての表示パネル４と入力手段が搭載されている。表示パネル４はモノクロ型やカラー型の液晶パネルまたはＥＬパネルからなる。
【００１６】
前記入力手段は最上層に表示シート５が設けられ、その下方に絶縁性の対向基板６が設けられている。前記表示シート５はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などからなる薄手のシートで構成され、面と垂直に交差する方向に撓み変形可能とされている。そして、この表示シート５上には、文字、図形または記号などが印刷または転写された複数の表示部５ａが形成されている。
【００１７】
図１および図２に示すように、対向基板６の表面にはリング状に形成された支持電極７が複数設けられている。各支持電極７は、前記表示シート５の表示部５ａと対向する位置に形成されており、その中心には接点電極９が設けられている。なお、前記支持電極７と接点電極９とは電気的に絶縁された状態にある。
【００１８】
図１に示すように、前記対向基板６には複数からなる配線パターン７ａが形成されており、各支持電極７にそれぞれ配線されている。なお、図１では図面の都合上、配線パターン７ａが一部の支持電極７だけにしか形成さていないが、本来はすべての支持電極７に形成されているものである。また図２に示すように、前記接点電極９は対向基板６に形成されたスルーホールを介し、対向基板６の下面（図示Ｚ２方向）に引き出されている。そして前記対向基板６の下面に形成された図示しない配線パターンによって対向基板６の外部に引き出されている。
【００１９】
図１および図２に示すように、前記支持電極７の表面には複数（図１では１２ケ）のドーム状（またはダイアフラム状ともいう）の金属製の反転部材１０（個別に１０ａ，１０ｂ，・・・１０ｌで示す）が設けられている。前記反転部材１０の基部は、前記支持電極７の表面に半田付けなどの手段によって固定されている。前記接点電極９は、前記反転部材１０の内部の中心部分に設けられているとともに、その周囲は前記反転部材１０によって覆われている。前記反転部材１０は導電性を有しており、前記支持電極７とは電気的にも接続された状態にある。ただし、図２Ａに示すように、前記ドーム状の反転部材１０の下面と接点電極９との間には空間部８が設けられており、接点電極９と反転部材１０とは互いに絶縁された状態にある。
【００２０】
前記反転部材１０は、例えば薄い金属板（例えば、ステンレス板）を精密加工プレスによって打ち抜いて形成したメタルコンタクトスイッチなどであり、歯切れの良いクリック操作を行うことが可能となっている。
【００２１】
なお、上記においては前記各表示部５ａ、各反転部材１０および前記各接点電極９はすべて対向するように設けられている。そして、前記接点電極９と反転部材１０は、スイッチ入力手段１１としての機能を有している。
【００２２】
図３に示すように、前記入力装置１には制御部２１が設けられている。制御部２１には、前記表示パネル４、位置検出手段３０、スイッチ入力手段１１が接続され、さらに送信部２２、受信部２３および記憶部２４などが接続されている。
【００２３】
前記送信部２２と受信部２３は外部の基地局などと音声信号やデータ信号の送受信を行う。また記憶部２４には電話番号データ、各種設定データおよび表示パネル４に表示させる表示データなどが記憶されている。
【００２４】
図４に示すように、前記位置検出手段３０は、クロック信号生成手段（発振回路）３１、信号遅延手段３２、遅延信号検出手段３３、Ａ／Ｄ変換手段３４などで構成されている。前記信号遅延手段３２、遅延信号検出手段３３およびＡ／Ｄ変換手段３４は前記反転部材１０に対応する数だけ設けられている。
【００２５】
前記クロック信号生成手段３１は、図５Ａに示すように所定の周波数および電圧からなる規則的なパルス状のクロック信号ＣＫを連続的に出力する。前記信号遅延手段３２は、前記各反転部材１０と前記クロック信号生成手段３１との間に接続された抵抗Ｒとで構成されている。
【００２６】
前記反転部材１０に前記クロック信号ＣＫを印加した状態において、図２Ａに示すように操作者の指や入力ペンなどの操作体５０を前記入力装置１の表示シート５の表面に接近または接触させると、前記操作体５０がグランド電位となるため、操作体５０とこの操作体５０に対向するいずれかの反転部材１０との間に静電容量Ｃが形成される。
【００２７】
遅延信号検出手段３３は、ＡＮＤ回路３３Ａと、その後段に設けられた抵抗ｒとコンデンサＣ１からなる平滑手段３３Ｂで形成されている。各ＡＮＤ回路３３Ａの一方の入力部３３ｂには、前記クロック信号生成手段３１の出力であるクロック信号ＣＫ（信号遅延手段３２を経由しないクロック信号）が入力され、他方の入力部３３ａには前記信号遅延手段３２を経由した出力が入力されており、このＡＮＤ回路３３Ａの出力が前記平滑手段３３Ｂの抵抗ｒに入力されている。
【００２８】
前記平滑手段３３Ｂの出力は、その後段に設けられたＡ／Ｄ変換手段３４の入力部に接続されている。
【００２９】
前記Ａ／Ｄ変換手段３４は、例えば８ビットの変換能力を有しており、平滑手段３３Ｂの出力電圧Ｖｏを所定のサンプリング周期で８ビットのディジタル信号に変換し、これを入力装置１内に設けられた前記制御部２１に送出する。
【００３０】
前記制御部２１はＣＰＵを主体に構成されており、Ａ／Ｄ変換手段３４における変換のタイミングなどの調整を行う。また制御部２１は、前記ディジタル信号Ｄから前記表示シート５に接近または接触した操作体５０の位置情報を算出し、そのデータを基に例えば表示パネル４上にカーソルの位置などを表示させる制御なども行う。
【００３１】
以下、入力装置の動作について説明する。
（位置入力モードの動作）
先ず、制御部２１は前記クロック信号生成手段３１を駆動させ、図５Ａに示すクロック信号ＣＫを各信号遅延手段３２およびＡＮＤ回路３３Ａの一方の入力部３３ｂに与える。
【００３２】
次に、前記操作体５０が表示シート５の表面に接近または接触すると、この操作体５０と、この操作体５０に対向する反転部材１０との間に静電容量Ｃが形成される。
【００３３】
よって、前記抵抗Ｒと前記静電容量Ｃの積で規定される信号遅延手段３２の時定数ＣＲは、操作体５０と対向するいずれかの反転部材１０との間で最大となり、その他の反転部材１０との間では最小の状態が維持される。このため、前記信号遅延手段３２の出力は、操作体５０と対向して時定数ＣＲが最大となるときには図５Ｂに点線で示すような信号Ｓａとなり、時定数ＣＲが最小となるときには図５Ｂに実線で示すような信号Ｓｂとなる。
【００３４】
操作体５０が反転部材１０に対向する状態における前記クロック信号ＣＫと信号Ｓａの論理積、すなわちＡＮＤ回路３３Ａの出力は図５Ｃに点線で示すようなパルス幅の短い（パルス幅＝ｔａ）パルス波形となる。このとき、図５Ｄに示すように、これに対応する平滑手段３３Ｂの出力電圧Ｖｏは最小の電圧値Ｖａとなる。
【００３５】
一方、操作体５０が反転部材１０に対向しない状態における前記クロック信号ＣＫと信号Ｓｂの論理積、すなわちＡＮＤ回路３３Ａの出力は図５Ｃに実線で示すようなパルス幅の長い（パルス幅＝ｔｂ）パルス波形となる。このとき、図５Ｄに示すように、これに対応する平滑手段３３Ｂの出力電圧Ｖｏは最大の電圧値Ｖｂとなる。なお。ここではＡＮＤ回路３３ＡにおけるＨレベルとＬレベルのしきい値ＳＬは電源電圧Ｖｃｃの半分であるＶｃｃ／２としている。
【００３６】
すなわち、操作体５０が反転部材１０に接近すると前記平滑手段３３Ｂの出力電圧Ｖｏが小くなり、操作体５０が反転部材１０から離れると前記平滑手段３３Ｂの出力電圧Ｖｏが大きくなるため、出力電圧Ｖｏを比較することにより、操作体５０と対向する反転部材１０がいずれであるかを検出することができる。
【００３７】
よって、制御部２１は、各Ａ／Ｄ変換手段３４を介して取得したデータを比較することにより、最小値を示すデータ、すなわち出力電圧Ｖｏが最小値を示す反転部材１０の位置から操作体５０の位置情報を検出することが可能である。
【００３８】
なお、各Ａ／Ｄ変換手段３４で変換されたデータ（ディジタル信号）は前記記憶部２４に保持され、制御部２１は必要に応じて前記データを読み出すことが可能である。
【００３９】
また、例えば図１に示す表示部５ａの表示「１」と表示「２」の間のＡ点に操作体５０が接近又は接触した場合には、前記操作体５０と反転部材１０ａの間および前記操作体５０と反転部材１０ｂとの間にそれぞれ静電容量Ｃが形成される。よって、前記反転部材１０ａ、１０ｂに対応する平滑手段３３Ｂの各出力電圧Ｖｏが小さくなり、前記以外の反転部材１０に対応する平滑手段３３Ｂの出力電圧Ｖｏは最大の電圧値Ｖｂが維持される。
【００４０】
あるいは図１に示すように、表示「１」、「２」、「３」および「４」とで挟まれ領域Ｂに操作体５０が接近又は接触した場合には、操作体５０とこの操作体５０に最も近い反転部材１０ａ、１０ｂ、１０ｄおよび１０ｅとの間にそれぞれ静電容量Ｃが形成される。よって、前記反転部材１０ａ、１０ｂ、１０ｄおよび１０ｅに対応する平滑手段３３Ｂの各出力電圧Ｖｏが小さくなり、前記以外の反転部材１０に対応する平滑手段３３Ｂの各出力電圧Ｖｏは最大の電圧値Ｖｂが維持される。
【００４１】
よって、制御部２１は、各Ａ／Ｄ変換手段３４を介して取得した各平滑手段３３Ｂの各出力電圧Ｖｏに対する各データを解析することにより、操作体５０の位置情報を取得することが可能である。すなわち、前記操作体５０が各反転部材１０に完全に対向しない場合であっても。前記操作体５０の位置情報を検出することができる。
【００４２】
また、例えば最初に操作体５０が図１に示す表示部５ａの表示「２」に対向していたとする。この操作体５０を、Ｙ方向に沿って表示「２」→表示「５」→表示「８」→表示「０」のように移動させると、これらに対応する反転部材１０の静電容量Ｃがこの順番で次々と変化するようになる。よって、制御部２１が、前記各静電容量Ｃの変化に伴なう各Ａ／Ｄ変換手段３４から出力される各データを所定の時間間隔でスキャンすることにより、操作体５０の移動方向を検出することが可能である。なお、表示「０」→表示「２」方向への移動、およびＸ方向への移動も同様に検出することが可能であることはもちろんである。この場合、操作体５０の移動は、表示部５ａのが形成する行および列のいずれであってもよい。また例えば表示「１」→表示「５」→表示「９」のように斜め方向へ移動させた場合の操作体５０の移動方向も検出することも可能である。
【００４３】
そして、このようにして取得した操作部材５０の位置情報は、前記記憶部２４に格納されたアプリケーションソフトウェアのデータとして用いられ、例えば表示パネル４内でのメニュー選択などのカーソル移動操作などに利用することができる。
【００４４】
（キー入力モードとしての動作）
上記位置入力モードの動作の途中において、図２Ｂに示すように、前記いずれかの表示部５ａを図示Ｚ２方向に押圧すると、前記表示シート５が撓み変形させられて凹状に窪んだ状態になる。このときの押し込み力によって前記反転部材１０が反転させられ、その結果、反転部材１０に押圧反力が発生する。この押圧反力はクリック感として操作者の指に伝えられるため、操作者に確実に押したという認識が与えられることができる。同時に、前記反転部材１０のドーム部分の背面（下面）が前記接点電極９に接触する導通状態に設定される。よって、前記反転部材１０と接触した接点電極９（図２Ｂでは中央に設けられた接点電極９）のみが前記所定の電圧に設定されるため、制御部２１はいずれの表示部５ａが操作されたかを検出することができる。すなわち、反転部材１０を用いてキー入力を行うことができる。
【００４５】
なお、前記操作体５０の押し込み力を開放すると、前記ドーム部分が前記接点電極９から離れて図示上方に再反転するため、反転部材１０は図２Ａに示す元の非導通状態に復帰させられる。
【００４６】
反転部材１０と接点電極９とが電気的に接続され、スイッチ入力手段１１の状態が切り変えられたことを示すスイッチの切換え情報は前記制御部２１に通知される。制御部２１は、スイッチ入力手段１１の切換え情報をキー入力操作の入力情報として取り込み、例えば表示パネル４上にキーに対応した数字や記号などを表示する。すなわち、キー入力を行うことにより、操作者が入力したい数値や記号などを携帯電話機などに直接入力することができる。
【００４７】
このように、上記入力装置１では、位置入力モードとキー入力モードとを同一の操作面上で行うことができるため、操作性に優れたものにできる。また、上記のように位置入力モードからキー入力モードへモードへの切換えを行う必要がなく直接移行することができる。また上記の説明では省略しているが、前記とは逆にキー入力モードから位置入力モードに移行する場合にも直接移行することも可能である。よって、この点においても操作者に負担をかけない操作性に優れた入力装置１を提供できる。
【００４８】
ただし、モード設定を選択的に切換えることを除外するものではない。例えばいずれかの表示部５ａが操作体５０により押され、これが所定時間以上継続していることを前記制御部２１が検知した場合に、前記モードを切換えるようにすることも可能である。
【００４９】
なお、上記の実施の形態では、反転部材１０がメタルコンタクトスイッチである場合について説明したが、反転部材を可撓性に優れた合成樹脂などで形成し、その下面に金属薄膜を設けた構成としたものであってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明では、同一の操作面（表示シート）上でキー入力操作と位置入力操作を行うことができる。
【００５１】
またキー操作の際には反転部材を押圧するため、歯切れの良いクリック感を操作者に与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の入力装置の実施の形態を示す斜視図、
【図２】図１の２−２線における矢視断面図であり、Ａは操作前の位置入力モード、Ｂは操作中のキー入力モード、
【図３】入力装置の構成の概略を示すブロック図、
【図４】位置検出手段の概略を示す回路構成図、
【図５】図４の回路図の各部における信号を示しており、Ａはクロック信号生成手段の出力であるクロック信号、Ｂは信号遅延手段の出力信号、ＣはＡＮＤ回路の出力信号（論理積）、Ｄは平滑手段の出力信号、
【符号の説明】
１入力装置
４表示パネル
５表示シート
５ａ表示部
６対向基板
７支持電極
８空間部
９接点電極
１０，１０ａ〜１０ｌ反転部材
１１スイッチ入力手段
２１制御部
３０位置検出手段
３１クロック信号生成手段
３２信号遅延手段
３３遅延信号検出手段
３４Ａ／Ｄ変換手段
５０操作体（指や入力ペン）
Ｃ静電容量

Claims

少なくとも１つ以上の表示部を備えた表示シートと、前記表示部に対向して設けられた接点電極と、空間部を介して前記接点電極の周囲を覆うとともに前記表示シートが押されたときに前記接点電極に接触させられる反転部材と、操作体が前記表示シートに接近しまたは接触したときに前記反転部材との間に形成される静電容量を検出して、前記操作体の位置を検出する位置検出手段と、が設けられていることを特徴とする入力装置。
前記反転部材は、ドーム状のメタルコンタクトスイッチである請求項１記載の入力装置。
前記位置検出手段は、クロック信号を発生するクロック信号生成手段と、前記表示シートの表面に操作体が接近または接触したときに前記反転部材と操作体との間の容量変化に応じて前記クロック信号に立ち上がりの遅延を与える遅延手段と、前記遅延手段を経由しない前記クロック信号を基準として、遅延が与えられた遅延量に応じた信号を生成する遅延信号検出手段と、前記容量の変化量に応じた信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記反転部材毎に出力される前記遅延量に応じた信号を所定のタイミングで選択して前記Ａ／Ｄ変換手段に出力する選択手段と、を有する請求項１または２記載の入力装置。