JP2005115725A - Input device - Google Patents
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Description
本発明は、多数のオン/オフ・スイッチ要素群に対する操作方向、操作量および操作速度の信号を電子機器へ入力するための入力装置に関する。 The present invention relates to an input device for inputting operation direction, operation amount and operation speed signals to a large number of on / off switch element groups to an electronic device.
携帯電話機、個人用携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistance)やゲーム遊戯装置などの電子機器においては、利用者による所定の操作入力を受け付け、この操作入力に基づいて所定のプログラムが進行するようになっている。通常、この種の操作入力は、画面に表示されるカーソルやその他の指標を見ながら行うことが多く、操作キーを操作して上下左右の4方向、あるいは斜め方向も含めた8方向などの多方向の入力が求められるのが一般的である。このような多方向の入力を行うために、いわゆるジョイスティックと称されるタイプの入力装置が利用されている。 In electronic devices such as mobile phones, personal digital assistants (PDAs) and game play devices, a predetermined operation input by a user is received, and a predetermined program proceeds based on the operation input. It has become. Normally, this type of operation input is often performed while looking at the cursor and other indicators displayed on the screen, and there are many directions such as four directions (up / down / left / right) or eight directions including diagonal directions by operating the operation keys. It is common to require a direction input. In order to perform such multi-directional input, a so-called joystick type input device is used.
この種の入力装置は、通常、二次元フォースセンサを内蔵しており、加えられた力のX軸方向成分とY軸方向成分をそれぞれ別個に検出することにより、加えられた操作入力の方向と操作量とを検出する。更に、X軸方向成分とY軸方向成分とを合成する演算を行うことによって、斜め方向に加えられた操作入力の検出も行う。上記二次元フォースセンサを用いた入力装置では、操作者による操作入力を、オン/オフの二値(デジタル入力)ではなく連続変数として捉え(アナログ入力)、また、前後左右だけでなく任意の方向への操作を捉えた多様な値の入力を行うことができる。 This type of input device normally has a built-in two-dimensional force sensor, and separately detects the X-axis direction component and the Y-axis direction component of the applied force, thereby providing the direction of the applied operation input. The operation amount is detected. Furthermore, the operation input applied in the oblique direction is also detected by performing an operation for combining the X-axis direction component and the Y-axis direction component. In the input device using the above two-dimensional force sensor, the operation input by the operator is regarded as a continuous variable (analog input) instead of an on / off binary (digital input), and not only in front and rear, left and right, but also in any direction It is possible to input various values that capture the operation of.
また、上記電子機器に使用する入力装置においては、上述のような方向性を持った操作入力が可能であると共に、入力操作時における手応え、すなわち、指先に伝わる感触(クリック感と称される)が要求される。そのため、操作入力にはある程度のストロークを確保すると共に、例えばドーム状の金属製の接点部材(いわゆるメタルドーム)を使用して、操作時に操作者の指先に対してクリック感を与えることが望ましい。 In addition, in the input device used for the electronic device, the operation input having the above-described directivity is possible, and the response at the time of the input operation, that is, the feeling transmitted to the fingertip (referred to as a click feeling). Is required. Therefore, it is desirable to secure a certain stroke for the operation input and to give a click feeling to the operator's fingertip during operation by using, for example, a dome-shaped metal contact member (so-called metal dome).
しかしながら、上記二次元フォースセンサを用いた入力装置は、その構造上、メタルドームの使用に適しないので、携帯電話機、PDAやゲーム遊戯装置などの電子機器用の入力装置に必ずしも適しているとはいえない。 However, the input device using the above two-dimensional force sensor is not suitable for use with a metal dome because of its structure, and therefore is not necessarily suitable for an input device for an electronic device such as a mobile phone, a PDA or a game play device. I can't say that.
一方、特許文献1や特許文献2に記載された入力装置は、操作時において操作者にクリック感を与えることが可能であるが、各操作方向に対してスイッチ要素(接点)が1個ずつしかないため、特定の方向における[0,1]を変域とする二値信号しか入力することができない。すなわち、操作を速く行った場合とゆっくりと行った場合とでは出力される信号に違いはなく、前記二次元的フォースセンサを使用した入力装置のように多様な値を入力することはできなかった。 On the other hand, the input devices described in Patent Document 1 and Patent Document 2 can give the operator a click feeling during operation, but only one switch element (contact point) is provided for each operation direction. Therefore, only a binary signal having [0, 1] in a specific direction as a domain can be input. That is, there is no difference in the output signal between when the operation is performed quickly and when the operation is performed slowly, and various values cannot be input as in the input device using the two-dimensional force sensor. .
本発明が解決しようとする課題は、携帯電話機、PDAやゲーム遊戯装置等の電子機器への入力用に、操作方向、操作量などの信号をクリック感を伴って入力できる、構造簡易で安価な入力装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is that it is possible to input a signal such as an operation direction and an operation amount with a click feeling for input to an electronic device such as a mobile phone, a PDA or a game device, and a simple structure and low cost. An input device is provided.
上記の課題は、
複数のオン/オフ・スイッチ要素が配置された回路基板と、この回路基板面に対向する面上の、各スイッチ要素に対応する位置に、各スイッチ要素を押圧する押圧突起が形成された柔軟なエラストマー製のキーパッドと、このキーパッドの、押圧突起が形成された面とは反対側の面に固着され、操作者がこれを傾斜させまたは押圧してデータを入力する硬質材料製のキートップと、各スイッチ要素からのオン/オフ信号を処理する信号処理回路とを備える入力装置であって、
各スイッチ要素と押圧突起の組は、キートップの中心を通る垂線上、およびキートップの中心を囲む複数の同心円と該中心を通る複数の半径との各交点を通る垂線上にそれぞれ配置され、かつ、各押圧突起の垂線方向の長さが前記同心円毎に異なり、信号処理回路はさらに、キートップを傾斜させる向きと傾斜の程度を検出する操作方向・操作量検出回路と、キートップを傾斜させる動作の迅速さを検出する操作速度検出回路とを備える入力装置により解決することができる。
なお、この課題解決手段は請求項1に対応する。
The above issues
A flexible circuit board in which a plurality of on / off switch elements are arranged, and a pressing projection for pressing each switch element is formed at a position corresponding to each switch element on a surface facing the circuit board surface. A key top made of a hard material that is fixed to the surface of the keypad made of elastomer and the side of the keypad opposite to the surface on which the pressing projection is formed, and the operator inputs data by tilting or pressing the keypad And a signal processing circuit for processing an on / off signal from each switch element,
Each switch element and pressing projection pair is arranged on a perpendicular line passing through the center of the key top, and on a perpendicular line passing through the intersections of a plurality of concentric circles surrounding the center of the key top and a plurality of radii passing through the center, In addition, the length of each pressing projection in the perpendicular direction is different for each concentric circle, and the signal processing circuit further includes an operation direction / operation amount detection circuit for detecting the direction and degree of inclination of the key top, and the key top is inclined. This can be solved by an input device that includes an operation speed detection circuit that detects the speed of the operation to be performed.
This problem solving means corresponds to claim 1.
上記各スイッチ要素のうち、キートップの中心、および複数の同心円のうちの少なくとも一つの円上に配置されるものには、押圧突起で押圧されたとき薄い金属ドーム状ばねの変形を利用して固定接点を導通させるメタルドーム型スイッチを用い、その他は、押圧突起の先端に形成された導体片が回路基板上の固定接点に接触して導通させる接片型スイッチを用いるものとする。
なお、この記述は請求項2に対応する。
Among the above switch elements, the one arranged on the center of the key top and at least one of a plurality of concentric circles utilizes the deformation of a thin metal dome-shaped spring when pressed by the pressing protrusion. It is assumed that a metal dome type switch that conducts the fixed contact is used, and that a contact piece type switch that conducts the conductor piece formed at the tip of the pressing projection in contact with the fixed contact on the circuit board is used.
This description corresponds to claim 2.
上記課題解決手段中の信号処理手段は、各接点の二次元的位置をアドレス情報として記憶するメモリー装置と、前記操作方向・操作量検出回路からの信号と操作速度検出回路からの信号とを合わせて適宜な処理を行う演算処理回路とをさらに有するものとする。
なお、この記述は請求項3に対応する。
The signal processing means in the problem solving means includes a memory device for storing a two-dimensional position of each contact as address information, a signal from the operation direction / operation amount detection circuit, and a signal from the operation speed detection circuit. And an arithmetic processing circuit for performing appropriate processing.
This description corresponds to claim 3.
上記課題解決手段中の操作速度検出回路は、操作方向における各接点がオンになった時点及びオフになった時点から操作速度を検出するものとする。
なお、この記述は請求項4に対応する。
The operation speed detection circuit in the problem solving means detects the operation speed from the time when each contact in the operation direction is turned on and the time when the contact is turned off.
This description corresponds to claim 4.
請求項1の発明によれば、キートップの中心を通る垂線上、およびキートップの中心を囲む複数の同心円と該中心を通る複数の半径との各交点を通る垂線上にそれぞれ配置される接点によって、一の操作方向(半径方向)において[0,1,2,…,n](nは一の操作方向における接点の数である)を変域とする多値変数信号の入力が行えるので、これらの信号を操作量・操作方向検出回路及び操作速度検出回路で処理することによって、操作者がキートップを傾斜させる向きと傾斜の程度、およびキートップを傾斜させる動作の迅速さに関する多様な情報を入力することができる。 According to the first aspect of the present invention, the contact points are arranged on a perpendicular line passing through the center of the key top and on a perpendicular line passing through the intersections of a plurality of concentric circles surrounding the center of the key top and a plurality of radii passing through the center. Can input a multi-value variable signal whose domain is [0, 1, 2,..., N] (n is the number of contacts in one operation direction) in one operation direction (radial direction). By processing these signals with the operation amount / operation direction detection circuit and the operation speed detection circuit, various directions relating to the direction and degree of inclination of the key top by the operator and the speed of the operation of tilting the key top can be obtained. Information can be entered.
請求項2の発明によれば、一の操作方向(半径方向)に配置される複数のスイッチのうち少なくとも一つはクリック感を与えるメタルドーム型スイッチを使用するので、全ての操作方向において入力操作時に快適なクリック感を得ることができる。しかも、比較的広い設置面積を要するドーム型スイッチと、クリック感を与えないが狭い面積で設置できる接片型スイッチを適宜混在させるので、限りあるキートップの投影面積内に多数のスイッチ要素を無理なく実装することができる。 According to the invention of claim 2, since at least one of the plurality of switches arranged in one operation direction (radial direction) uses a metal dome type switch that gives a click feeling, input operation is performed in all operation directions. Sometimes a comfortable click feeling can be obtained. In addition, a dome-shaped switch that requires a relatively large installation area and a contact-type switch that does not give a feeling of clicking but can be installed in a small area are mixed as appropriate, so many switch elements cannot be accommodated within the limited key-top projection area. It can be implemented without.
請求項3の発明によれば、各接点の位置がアドレス情報としてメモリー装置に記録されているので、これを参照することによりオンになった接点の二次元的位置を即座に得ることができ、また、演算処理回路により操作量・操作方向検出回路と操作速度検出回路からの信号を合わせて適宜な処理を行うので、操作量、操作方向および操作速度に関する多様な情報を電子機器に最も利用し易い状態で出力することができる。 According to the invention of claim 3, since the position of each contact is recorded in the memory device as address information, the two-dimensional position of the contact turned on can be obtained immediately by referring to this, In addition, since the operation processing circuit combines the signals from the operation amount / operation direction detection circuit and the operation speed detection circuit and performs appropriate processing, various information on the operation amount, operation direction, and operation speed are most utilized in electronic devices. It is possible to output in an easy state.
請求項4の発明によれば、操作方向における各接点がオンになった時点及びオフになった時点に基づいて操作速度を検出するようにしたので、簡単な構成を追加するだけで操作速度に関する情報を得ることができる。 According to the invention of claim 4, since the operation speed is detected based on the time point when each contact in the operation direction is turned on and the time point when it is turned off, the operation speed can be obtained only by adding a simple configuration. Information can be obtained.
以下に、本発明に係る入力装置の最良の実施形態について添付図面を参照して説明する。
最初に、本発明に係る入力装置の基本構造及び基本動作原理について、図1乃至図4を用いて説明する。入力装置1は、図1及び図3に示すように、大きく分けてキースイッチ10及び信号処理手段20から成る。更に、キースイッチ10はキートップ11、キーパッド12、回路基板13、接点14を有し、信号処理手段20は操作量・操作方向検出回路21、操作速度検出回路22、メモリー装置23、クロック発生回路24、演算処理回路(以下「MPU」という)25を有する。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS An exemplary embodiment of an input device according to the invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, the basic structure and basic operation principle of the input device according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 and 3, the input device 1 is roughly composed of a
キースイッチ10は、図1に示すように、例えば、確定スイッチとして用いる中央のスイッチと8つの半径方向の入力が行えるようにされた多方向キースイッチである。各方向には3個づつのスイッチを有する場合が例示される。略円板状をしたキートップ11は、アルミニウムなどの金属やポリカーボネート樹脂などのプラスチック等硬質材料で形成され、キーパッド12の平坦な上面12aに、例えば透明接着剤を用いて固着されている。
As shown in FIG. 1, the
キーパッド12は、シリコーンラバー又は各種熱可塑性エラストマーによって形成され、図2及び図3に示すように、キーパッド12の下面12bの、キートップ11に対応した部分には多数の接点押圧突起(いわゆる押し子)15、15、…が一体に突出形成されている。該接点押圧突起15、15、…は、その位置によって長さ、すなわち、下方への突出量が異なるように形成されている。具体的には、接点押圧突起15、15、…は、図4に示すように、キースイッチ10(キートップ11)の中心直下で該中心を通る垂線上と、該キースイッチ10の中心を囲む複数の同心円と該キースイッチ10の中心から放射状に延びる複数の半径との交点直下で該交点を通る垂線上とにそれぞれ設けられ、かつ、図3に示すように、キートップ11の各操作方向において上記押し子の長さが前記同心円毎にそれぞれ異なるようにされている。図3に示すように、キースイッチ10の中央に位置する接点押圧突起15が最も長く、上記キースイッチ10の中心から放射状に延びる複数の半径上において、キースイッチ10の中心から離れるにしたがって接点押圧突起15、15、…の長さが徐々に短くなるようにされている。なお、接点押圧突起15、15、…の一部のもの(図4においてクロスハッチングを施した円形で示したもの)の先端には、金属片又は導電性インクの印刷によって形成された層などから成る導電片14c、14c、…が設けられている。以上の構成を有するキーパッド12は、その裏面12bが回路基板13の面に平行に対向するように固定される。
The
回路基板13には、図3に示すように、上記キーパッド12の接点押圧突起15、15、…の直下の位置で同一平面上となるように固定接点14a、14a、…が形成されている。接点14、14、…は、それぞれキースイッチ10の中央の確定スイッチと、8つの半径方向に配列されるスイッチ群を構成するものであり、上記回路基板13上の固定接点14aと、その上に配設された可動接点であるメタルドーム14bまたは上記キーパッド12の接点押圧突起15の先端に設けられた導電片14cによって構成される。したがって、各接点14においては、その直上に位置するキーパッド12の接点押圧突起15によって下方に押圧されたときには、メタルドーム14bが変形することによって、または導電片14cと固定接点14aとが接触することによって、固定接点14aが導通して電流が流れ、接点14がオンとなる。接点14、14、…からのオン/オフの出力信号は、図1に示すように、信号処理手段20に個別に入力される。
As shown in FIG. 3, fixed
ところで、可動接点の一つとして用いるメタルドーム14bは、その特色として操作時にクリック感を伴うことである。しかし、メタルドーム14bは直径が2乃至5mmと大きく、あまり狭い間隔で配列することができない。これに対して、接片式スイッチである導電片14cと固定接点14aとの組み合わせでは、導電片14cを比較的小さくすることができるので、より狭い間隔で配列することができるが、その動作にクリック感が伴わないという欠点がある。したがって、これらを適宜混在させて使用することが望ましい。例えば、一の半径方向において、放射状に並んだ接点14、14、…のうち、少なくとも一つの可動接点にメタルドーム14bを用い、他は接片式スイッチとすることが考えられる。
By the way, the
上記操作量・操作方向検出回路21は、特定の方向においてはオンになった接点14の数によって操作者による操作量の大小(つまり、キートップの傾きの程度)を検出し、また、単独又は連続してオンになった各接点14の位置(後述するメモリー装置23の情報を参照する)から操作対象となった半径方向を検出し、検出結果を操作量・操作方向検出信号として出力する。
The operation amount / operation
操作速度検出回路22は、キースイッチ10の操作時において連続してオン又はオフとなった接点14、14からの信号の変化(電位が変化した)時点の時間差を計測し、これによって操作者による操作の迅速さを検出し、検出結果を操作速度検出信号として出力する。
The operation
メモリー装置23は、予め決められた各接点14の二次元的位置(X軸方向成分及びY軸方向成分)に関するアドレス情報を記憶し、このアドレス情報を必要に応じて操作量・操作方向検出回路21及び操作速度検出回路22に参照させる。なお、入力装置1においては、接点14、14、…のうち、キースイッチ10の中央に位置する接点14だけは、各接点14に二次元的位置を割り当てるための基準となる原点に位置しているため、X軸方向成分及びY軸方向成分がそれぞれ0となる。
The
クロック発生回路24は、操作量・操作方向検出回路21及び操作速度検出回路22に対し、各種検出処理の時間的な基準となる基準クロック(図11のP)を印加するものである。MPU25は、操作量・操作方向検出回路11及び操作速度検出回路22から出力された操作量・操作方向検出信号及び操作速度検出信号を適宜に処理して、これらの情報を電子機器側で利用し易いような形式に変換するなどの処理を行うものである。
The
次に、入力装置1の各部の動作と、キースイッチ10の操作によって信号処理手段20に入力される信号について図5乃至図9を用いて説明する。なお、図5乃至図9ではオンになっている接点14を黒く塗りつぶして示している。例えば、操作者によるキースイッチ10の操作によって特定の方向において2つの接点14、14がオンになっている状態を初期状態として想定する(図5参照)。そして、この初期状態から別の方向にキースイッチ10を操作して3つの接点14、14、14を順次オンにしたとする(図9参照)。この場合、横軸に相対的な経過時間tをとって、該当する各接点14、14、…から出力される信号の電位の高低を図示すると、図11のようになる。
Next, the operation of each part of the input device 1 and the signal input to the signal processing means 20 by the operation of the
すなわち、特定のA半径方向へのキースイッチ10の操作によって2つの接点14、14が押圧されてオンになっている初期状態である時点T0においては、上記2つの接点14、14からの信号Sw1−1とSw1−2の電位は共にハイになっている。この状態から別のB半径方向にキースイッチ10を操作していくと、T1においてキートップ11の外周に近い方の接点14がオフになって、その信号Sw1−2の電位がローになる(図6参照)。同様にT2においては上記A半径方向におけるキースイッチ10の最内周上の接点14がオフとなり対応する信号Sw1−1の電位がローとなる(図7参照)。そして更に、別のB半径方向にキースイッチ10を操作していくと、T3において当該B半径方向においてキースイッチ10の最内周上の接点14がオンとなり(再度図7参照)、更に、T4においてキースイッチ10の中間周上の接点14がオンになり(図8参照)、T5においてキースイッチ10の最外周上の接点14がオンとなって(図9参照)、それぞれの信号Sw3−1、Sw3−2及びSw3−3が順次ハイとなる。図10は、図9の状態におけるキースイッチ10を側面から見た断面図である。なお、TnはそれぞれT0を基準とする相対時間を示す。
That is, at time T0, which is an initial state in which the two
このとき、それぞれの時間差の計算、すなわち、T2−T1=t1、T3−T2=t2、T4−T3=t3、T5−T4=t4によって操作者によるキースイッチ10の操作速度を検出することができる。そして、この場合の各時間差を比較すると、図11に示すように、t1=t2、t2<t3、t3>t4、t4=t1である。これらの関係から、上記の場合においてキースイッチ10の操作速度に関する情報を得ることができる。
At this time, the operation speed of the
また同時に、上記の例において、最初に操作されていた半径方向においてオンとなっていた接点14の数は2つであり、その方向から更に操作した別の半径方向においてはオンにされた接点14数が3つであるから、それぞれの方向におけるキースイッチ10の操作量の大小が検出される。なお、操作方向については前述したように、メモリー装置23から各接点のアドレスを読み出すことによって特定することができる。また、操作途中で方向が変化した場合であっても、同様にメモリー装置23からオン又はオフになった接点14に対応するアドレス情報を読み出すことで、その変化に追従することができる。
At the same time, in the above example, the number of the
本発明は、電子装置用入力装置に関するものであるから、電子装置等製造業をはじめ、通信産業、娯楽産業等多岐にわたる産業分野において利用され、各産業の発達に寄与することができる。 Since the present invention relates to an input device for an electronic device, it can be used in various industrial fields such as a manufacturing industry for electronic devices, communication industry, entertainment industry, etc., and can contribute to the development of each industry.
1…入力装置
10…キースイッチ
11…キートップ
12…キーパッド
12a…キーパッドの上面
12b…キーパッドの下面
13…回路基板
14…接点
14a…固定接点
14b…可動接点(メタルドーム)
14c…可動接点(導電片)
15…接点押圧突起
20…信号処理手段
21…操作量・操作方向検出回路
22…操作速度検出回路
23…メモリー装置
24…クロック発生回路
25…演算処理回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
14c ... movable contact (conductive piece)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
複数のオン/オフ・スイッチ要素が配置された回路基板と、
前記回路基板面に対向する面上の、各スイッチ要素に対応する位置に、各スイッチ要素を押圧する押圧突起が形成された柔軟なエラストマー製のキーパッドと、
前記キーパッドの、押圧突起が形成された面とは反対側の面に固着され、操作者がこれを傾斜させまたは押圧してデータを入力する硬質材料製のキートップと、
前記各スイッチ要素からのオン/オフ信号を処理する信号処理回路とを備え、
前記各スイッチ要素と押圧突起の組は、キートップの中心を通る垂線上、およびキートップの中心を囲む複数の同心円と該中心を通る複数の半径との各交点を通る垂線上にそれぞれ配置され、かつ、各押圧突起の垂線方向の長さが前記同心円毎に異なり、
前記信号処理回路は、キートップを傾斜させる向きと傾斜の程度を検出する操作方向・操作量検出回路と、傾斜させる動作の迅速さを検出する操作速度検出回路とを備えることを特徴とする入力装置。 An input device capable of inputting key operation direction, operation amount, and operation speed data performed by an operator to an electronic device such as a mobile phone, a PDA, or a game device,
A circuit board on which a plurality of on / off switch elements are arranged;
A flexible elastomer keypad formed with pressing protrusions for pressing each switch element at a position corresponding to each switch element on the surface facing the circuit board surface;
A key top made of a hard material, which is fixed to a surface of the keypad opposite to the surface on which the pressing protrusion is formed, and an operator inputs data by tilting or pressing the keypad;
A signal processing circuit for processing an on / off signal from each switch element,
Each of the switch elements and the pressing protrusions is arranged on a perpendicular line passing through the center of the key top, and on a perpendicular line passing through intersections of a plurality of concentric circles surrounding the center of the key top and a plurality of radii passing through the center. And, the length in the perpendicular direction of each pressing projection is different for each concentric circle,
The signal processing circuit includes an operation direction / operation amount detection circuit for detecting a direction and a degree of inclination of the key top, and an operation speed detection circuit for detecting the speed of the operation of tilting. apparatus.
The input device according to claim 1, wherein the operation speed detection circuit detects an operation speed from a time point when each contact in the operation direction is turned on and a time point when the contact point is turned off.
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WO2007006216A1 (en) * | 2005-07-07 | 2007-01-18 | Ximing Huang | A portable computer keyboard |
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