JP2005346402A - 入力装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄型化が可能で、配置性およびデザイン性に優れ、ユーザに、入力が受け付けられたことを知らせることができる入力装置および電子機器を提供する。
【解決手段】 ユーザの指４の接触を静電容量式センサーなどのセンサー２が検出し、信号の入力がなされる。センサー２により接触が検出され、信号の入力が受け付けられた場合に、ＥＬ素子などの発光素子３を発光し、筐体１の内部から外部へと光を放出することで、ユーザに視覚的に信号の入力が受け付けられたことを伝える。
【選択図】 図２

Description

この発明は、入力装置および電子機器に関し、特に、ユーザの指などの接触により信号が入力される入力装置および電子機器に関する。

従来、ディジタルスチルカメラ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などの比較的小型の電子機器には、ユーザ用の入力装置として、メンブレンスイッチ、タクティールスイッチなどのメカスイッチが使用されている。

図１２に、ドーム付きメンブレンスイッチの構成の一例を示す。メンブレンスイッチ１００は、化粧面１０１側からアーチ状のドーム部材１０２を押圧して撓ませ、ドーム部材１０２の内側に設けられている導電体を、フィルム１０３上の回路パターンと電気的に接続することでオンとなる構造を有している。ドーム部材１０２は、ユーザに触覚を与え、スペーサ１０４は、ユーザに強いクリック感を与える。すなわち、メンブレンスイッチ１００は、ユーザによって、ドーム部材１０２上のスペーサ１０４が押されると、機器へのトリガ入力をすると共に、ユーザにスイッチを押したことを触感させることができる。

また、タッチパネルをユーザ用の入力装置として使用するものがある。タッチパネルは、指などで触れるだけで機器へのトリガ入力が可能なものであり、駅の切符の販売機、カーナビゲーション用のディスプレイなどで利用されている。下記の特許文献１には、指からの誘導ノイズの影響を防止して入力座標を正確に検出することができる座標入力装置が記載されている。

特開平９−２１２３０２号公報

しかしながら、上述したような従来のメカスイッチには、以下のような問題点があった。
（１）薄型化が困難である。例えば、ドーム付きメンブレンスイッチでは、化粧面＋スペーサ＋ドームなどの厚みで、０．５ｍｍ程度の厚みが必要とされる。
（２）筐体面にスイッチ用の切り欠きを必要とするため、ごみ、水等が筐体内部に浸入し易い。
（３）筐体外面にメカスイッチを配置する場所が必要なため、デザインと設計の自由度が少なくなる。
（４）スイッチ入力によるユーザへのフィードバックは、スイッチの押し感によるものであり、スイッチの押し感は、メカ的に決定されるため、フィードバックのカスタマイズや、同じスイッチで状況に応じてフィードバックを変更することが困難である。
（５）スイッチの数、サイズ、配置などを変更する場合、新たに設計、製作する必要があり、短期間で安価に変更することが困難である。

また、機器の小型化が進む中で、以下のような問題点がある。
（６）スイッチスペースの確保が難しくなりつつある。
（７）筐体部においてスイッチの占める割合が大きくなり、デザインの自由度が少なくなる。

これら問題点の解決策として、上述したようなタッチパネルがある。しかしながら、タッチパネルは、指紋によりパネルが汚れるため、特にディジタルスチルカメラなどの写真画質並の表示が要求されるディスプレイに使用する場合、必ずしも最適な解決方法ではない。また、タッチパネルは、機器筐体の表面にパネルを配置する必要があり、上述した問題点を十分に解決するものではなかった。

したがって、この発明の目的は、薄型化が可能で、配置性およびデザイン性に優れ、ユーザに、入力が受け付けられたことを知らせることができる入力装置および電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、接触により発生する信号を入力する入力装置において、筐体に取り付けられ、接触を検出するシート状のセンサーと、センサーからの検出信号を受け取るコントローラと、筐体に取り付けられ、発光するシート状の発光素子と、センサーによって接触を検出した場合に、コントローラが発光素子に駆動信号を供給する駆動手段とを有することを特徴とする入力装置である。

請求項７に係る発明は、接触により発生する信号を操作信号とする電子機器において、筐体に取り付けられ、接触を検出するシート状のセンサーと、センサーからの検出信号を受け取るコントローラと、筐体に取り付けられ、発光するシート状の発光素子と、センサーによって接触を検出した場合に、コントローラが発光素子に駆動信号を供給する駆動手段とを有することを特徴とする電子機器である。

この発明では、ユーザの指などによる接触をセンサーが検出し、信号の入力がなされる。センサーにより接触が検出され、コントローラが信号の入力を受け付けた場合に、発光素子に駆動信号を供給することで、発光素子が発光する。これにより、ユーザは、入力が受け付けられたことを、視覚を通じて知ることができる。

この発明の入力装置および電子機器によれば、シート状のセンサーとシート状の発光素子とを用いているため、ユーザへのフィードバックを有する構造であっても薄型化できる。また、センサーと発光素子とを筐体面の内側に配置することで、筐体面に隙間が生じず、ごみ、水等が筐体の内部に侵入することを防止できる。また、機器筐体の外面に設置場所を必要としないため、スイッチによる凹凸のないフラット感のあるデザインとすることが可能であり、デザインと設計の自由度を高くすることができる。

信号の入力が受け付けられることによって発光素子を発光させるため、ユーザは、入力されたことをその発光によって判別できる。

発光素子の発光を制御することで、ユーザの好みに合った発光の明るさ、パターン、色などの種類のカスタマイズや、同じスイッチで状況に応じて発光の種類を変更することができる。入力装置を筐体の内部に配置することで、スイッチの数、サイズ、配置などが変更になった場合でも、筐体に関しては、表面処理の変更のみで済むなど、変更箇所を最小限に抑えることができる。

また、センサーおよび発光素子が可撓性を備えることで、曲面形状の筐体に設置することができる。これにより、入力装置に要するスペースが小さくて済み、筐体部におけるスイッチの占める割合が小さくなり、デザインの自由度を向上できる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態による入力装置を備えた電子機器の概略構成の一例である。また、図２は、図１中の矢印Ａ方向から見た断面を示す。参照符号１は、アルミニウム、ステンレスなどの金属、または合成樹脂などから構成される比較的薄くて硬い電子機器の筐体である。機器筐体１の内部には、センサー２と発光素子３とが配置されている。

センサー２は、筐体１越しにユーザの指４の接触を検出するものである。センサー２は、薄い（例えば厚さ０．１ｍｍ）シート形状をなし、筐体１内に両面テープ、接着剤などの接着部材で取り付けられている。また、センサー２は、可撓性を有しており、筐体１が曲面形状であってもその曲面に沿って隙間なく貼着することができる。

センサー２を薄いシート形状とすることで、入力装置の厚みを薄くすることができ、電子機器の薄型化を図ることができる。また、曲面形状に変形可能な構造とすることで、電子機器のデザインの自由度を向上することができる。また、センサー２を筐体１に内蔵することで、筐体１の表面をフラットにし、合わせ目を無くし、見た目のスイッチ数を削減することができ、電子機器のデザイン性を向上することができる。さらに、防塵防水効果を上げることができる。

一実施形態では、センサー２として、静電容量式センサーを用いている。静電容量式センサーは、人体の指の持つ導電性を利用するものである。図３および図４を参照して、静電容量式センサーについて説明する。静電容量式センサーは、二つの電極ＸおよびＹを有している。図３に示すように、操作面５上に何も接近していない場合には、電気力線は、電極Ｘから電極Ｙへと向かう。図４に示すように、操作面５に指４が接近すると、電極Ｘの操作面５側から回り込んで電極Ｙへと向かっていた電気力線の一部が指４に吸収され、容量値が減少する。この容量値の変化を感知することで、指４の位置を検出できる。また、静電容量式センサーをセンサー２として筐体１の内面に貼った場合、容量値は、指４が筐体１を押す力に応じて変化することから、指４による操作力、すなわち押圧力を検出することができる。また、接触位置の変化から、移動速度、加速度などの指の動きを測定することができる。

発光素子３は、筐体１の外側に向けて光を放出する発光部材である。発光素子３は、薄い（例えば厚さ０．１５ｍｍ）シート形状をなし、筐体１内に両面テープ、接着剤などの接着部材で取り付けられている。また、発光素子３は、可撓性を有しており、筐体１が曲面形状であってもその曲面に沿って隙間なく貼着することができる。

発光素子３を薄いシート形状とすることで、入力装置の厚みを薄くすることができ、電子機器の薄型化を図ることができる。また、曲面形状に変形可能な構造とすることで、電子機器のデザインの自由度を向上することができる。また、発光素子３を筐体１に内蔵することで、筐体１の外表面をフラットにし、合わせ目を無くし、見た目のスイッチの数を削減することができ、電子機器のデザイン性を向上することができる。さらに、防塵防水効果を上げることができる。

一実施形態では、発光素子３として、ＥＬ（Electroluminescence）素子を用いている。ＥＬ素子は、蛍光体物質が電界により励起され発光する。均一で広範囲にわたる発光が可能な点が特徴であり、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）に比べ、明るく、消費電力が少ない。

図５は、ＥＬ素子の構成の一例である。ＥＬ素子は、発光層６を電極７および電極８で挟んだものを、さらに絶縁層９および１０で挟んだ構造を有している。ＥＬ素子全体の厚さは、約１μｍである。

発光層６としては、ＺｎＳ，ＳｒＳ，ＣａＳ，ＣａＧａ₂Ｓ₄，ＳｒＧａ₂Ｓ₄などが用いられる。発光中心としては、Ｍｎ，ＰｒＦ₃，ＴｂＦ₃，ＳｍＦ₃，ＴｂＦ₃，ＤｙＦ₃，ＨｏＦ₃，ＥｒＦ₃，ＴｍＦ₃，ＹｂＦ₃など多種類のものが用いられる。

電極７は、Ａｌなどからなる電極膜で構成され、電極８は、ＩＴＯなどからなる透明電極膜で構成されている。電極７と電極８との間に電圧を印加することで、電子が発光層６の伝導帯に励起され、ホットエレクトロンとなり、発光中心を衝突励起して光を放出させる。発光層６の発光は、透明電極膜の電極８を介して素子の外部に放出される。

ここで、一実施形態による入力装置の動作について説明する。図６は、一実施形態による入力装置における信号の流れを示すブロック図の一例である。一実施形態による入力装置では、電子機器内に配置されているドライバ１１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２、メモリ１３およびドライバ１４が使用される。

センサー２は、ユーザの指４の接触による容量値の変化から指４の位置を検出し、ドライバ１１を介して、検出信号をコントローラであるＣＰＵ１２に供給する。ドライバ１１は、センサー２からの信号を、ＣＰＵ１２が読み取れる信号に変換するものである。この接触により発生した検出信号は、電子機器内において操作信号として入力される。

ＣＰＵ１２は、ドライバ１１を介して、センサー２から供給される検出信号に対応した発光データを、メモリ１３から取り出し、ドライバ１４に供給する。発光データは、発光素子３を駆動、すなわち発光させるためのデータである。メモリ１３は、発光データが記憶されているＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの半導体メモリである。複数の発光データを予めメモリ１３に登録しておき、ＣＰＵ１２がドライバ１４に供給する発光データを制御することで、入力装置によるスイッチ操作時の機器の状況に応じて、任意の光を放出することができる。

ドライバ１４は、ＣＰＵ１２から供給される発光データを、発光素子３の駆動信号に変換するものである。ドライバ１４で変換された駆動信号は、発光素子３に供給される。発光素子３は、ドライバ１４からの駆動信号によって発光する。発光素子３が発光することによって、筐体１の外部に光が放出される。依って、この入力装置は、ユーザの指４の接触により発生し、入力される操作信号を、ＣＰＵ１２が受け付けた場合に、発光素子３による発光が行われる。

このため、指４が筐体１に触れることで、ユーザは、発光によるフィードバックをもらうという筐体入出力機能が実現する。

ＣＰＵ１２が発光の明るさ、パターン、色などの種類の少なくとも１つを制御可能とすることで、様々な発光をユーザに提示することができる。例えば、後述する「なぞり」入力などに対しては、発光を徐々に明るくしたり、発光の点滅パターンを徐々に速く（または遅く）したり、色を変化させたりすることで、スイッチのなぞりに合わせた発光をユーザに提示することができる。また、電子機器の電源がオンの状態のときに、発光素子３を弱い発光としておき、スイッチ入力時の機器の状況において、入力部の発光素子３を強い発光とする、または点滅させたりするといったことも可能である。

次に、図７を参照して、ディジタルスチルカメラを例に、一実施形態による入力装置での入力について説明する。ディジタルスチルカメラの筐体１の外表面には、スイッチ用の部材は、何も設けられておらず、フラットな形状とされている。

通常、ディジタルスチルカメラは、片手または両手で筐体１の端を掴んで使用する。このディジタルスチルカメラは、一例として、右手で掴む部分に入力スイッチが設けられている。ユーザが右手で筐体１を掴んだ状態で操作可能な各指の位置には、それぞれセンサー２が配置されており、筐体１の後面（自分側を前面、その反対面を後面とする）にセンサー領域１９，２０，２１が設けられ、上面にセンサー領域２２が設けられ、前面にセンサー領域２３が設けられている。センサー領域１９〜２３は、それぞれの指下に配置されているセンサー２が指の接触を検出可能な領域である。

センサー領域１９，２０，２１は、右手で筐体１を掴んだ状態で、それぞれ、右手中指、薬指および小指で操作可能な範囲に設けられている。センサー領域２２は、右手人差し指で操作可能な範囲に設けられている。センサー領域２３は、右手親指で操作可能な範囲に設けられている。センサー領域１９，２０および２１では、点入力が可能であり、センサー領域２２では、線入力が可能であり、センサー入力２３では、面入力が可能である。

図８を参照して、点入力について説明する。図８Ａに示すように、中指、薬指、小指の触れる筐体部分の直下には、それぞれセンサー２によるスイッチが１個づつ配置されている。これら３本の指のオン／オフ動作により、図８Ｂに示すように、７パターン（パターンＡ〜Ｇ）のファンクション設定が可能である（図中、斜線部は指位置を示す）。スイッチが４個の場合には、１５パターン、５個の場合には、３１パターン、ｎ本の場合には、（２ⁿ−１）パターンのマルチファンクション機能のスイッチ入力が可能である。依って、このディジタルカメラでは、センサー２によって複数箇所の接触を検出し、検出された接触の組み合わせに対応する複数種類の入力が可能とされている。

図９を参照して、線入力について説明する。筐体１の人差し指の触れる部分の直下には線状にセンサー２によるスイッチが２個以上配置されている（図９の例では３個配置）。これにより、ズーム操作などに適した「なぞり」入力が可能である。なお、この際、センサー２がスイッチ動作の速度、加速度などを感知することで、アナログ的な信号の入力が可能となる。

図１０を参照して、面入力について説明する。筐体１の親指の触れる部分の直下には、面状に３個以上のセンサー２によるスイッチが配置されている（図１０の例では十字に５個配置）。これにより、画面を見ながら、上下左右に位置する４個のセンサー２を触れることによって、メニューをスクロールし、中央部のセンサー２を触れることによって決定するような十字キー操作が可能となる。なお、この際、センサー２がスイッチ動作の速度、加速度などを感知することで、アナログ的な信号の入力が可能となる。

センサー２および発光素子３は、ユーザが筐体１を掴んだ状態で操作可能な指位置に設けられたスイッチの直下に配置することが好ましいが、スイッチへの接触の検出およびそれによる発光が適切に行えるのであれば、スイッチ、センサー２および発光素子３の配置は、これに限ったものではない。また、センサー２および発光素子３は、スイッチ毎に設けなくても良い。

筐体１へのセンサー２と発光素子３の配置の一例について、図１１を参照して説明する。この例では、スイッチ４個に対してセンサー２を１個配置し、発光素子３を４個配置している。操作面にあたる筐体１の外表面には、入力装置に関する部材は、何も配置されていない。

筐体１のスイッチ部には、筐体１の内部と通じる切り欠きが設けられており、その切り欠きは、アクリルなどを材料とする光透過性のプレート２４によって塞がれており、筐体１の表面は、フラットな形状とされている。プレート２４には、表面処理による絵、シボなどのスイッチイメージ（図１１に示す例では、４個の□印）だけが記されている。この一実施形態では、このようなスイッチイメージによって指４が触れる部分のそれぞれをスイッチという。なお、スイッチイメージを特定箇所に限定せず、センサー領域内において、センサー２によるスイッチ位置を可動としても良い。

センサー２は、スイッチを示す□印に触れたユーザの指４の位置を検出し、その位置の発光素子３を発光する。

図１１Ａは、筐体１のスイッチが配置された操作面を示し、図１１Ｂは、図１１Ａに示すＸ−Ｘ´間の断面構成を示し、図１１Ｃは、図１１Ａに示すＹ−Ｙ´間の断面構成を示す。この例では、センサー２および発光素子３が並列するように、スイッチ部を有するプレート２４の内面に貼着されている。

これにより、ユーザがスイッチに触れた場合に、センサー２が接触を検出し、ＣＰＵ１２がセンサー２からの検出信号を受け取った場合に、発光素子３に駆動信号が供給され、発光素子３が発光する。発光素子３の光は、プレート２４を介して筐体１の内側から外側に放出され、スイッチに触れているユーザに信号が受け付けられたことを、視覚を通じて知らせることができる。依って、ユーザは、発光素子３の発光により、スイッチの位置を認識することができる。

センサー２と発光素子３とを重ねて配置しておらず、且つ筐体１の切り欠き部に配置しているため、入力装置を薄く構成することができると共に、発光素子３を各スイッチの直下に配置しているため、どのスイッチによる操作が受け付けられたかをユーザが容易に判別することができる。

以上説明したように、この発明の一実施形態による入力装置および電子機器によれば、以下のような効果を奏する。電子機器の筐体１において、これまでマンマシンインターフェースとして必要とされてきたスイッチやボタンを、一実施形態による入力装置に置き換えることにより、電子機器をフラット感のあるデザインにすることができる。また、曲面筐体越しの指４による操作信号の入力も可能となる。また、発光素子３は、センサー２と一体に配置する必要がないため、入力装置のレイアウトが容易となる。依って、デザインの自由度が増し、ユニークな商品を実現することができる。

また、入力装置を筐体１の内部（筐体１の切り欠きを塞ぐプレート２４の内面を含む）に配置し、筐体１（またはプレート２４）を介して操作信号の入力および発光素子による発光の出力を行うことができるため、筐体１にスイッチ、ボタンなどの入力装置による隙間が生じない。これにより、筐体１の外部から内部へのごみ、水などの浸入を防ぐことができる。

また、電子機器に配置されるスイッチの数、サイズ、配置などが変更になった場合でも、筐体１に関しては、表面処理の変更のみで済むなど、変更箇所を最小限に抑えることができる。これにより、設計コストを大幅に削減することができる。

この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述した一実施形態でのセンサー２は、静電容量式センサーに限ったものではなく、筐体１越しに、指４による入力を検出できるならば、加圧抵抗変化型センサー、抵抗膜式センサーやＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）式センサーなどであっても良い。センサー２を、加圧抵抗変化型センサーとした場合には、力をアナログ入力として検出でき、少ないスペースで多くのスイッチ入力を可能とすることができる。また、筐体１へのセンサー２の配置は、筐体１越しに、スイッチ部からの指４による入力を正常に検出できるならば、上述した実施形態で説明したものに限定されるものではない。

また、上述した一実施形態での発光素子３は、ＥＬ素子に限ったものではなく、筐体１の外側に光を放出できるならば、ＬＥＤなど、他の構造の発光部材であっても良い。また、筐体１への発光素子３の配置は、筐体１の所定の位置を発光することができるならば、上述した実施形態で説明したものに限定されるものではない。発光素子３を筐体１内のデッドスペースに配置すれば、電子機器を小型化することができる。

また、上述した一実施形態では、右手で握る部分に入力装置を備えたディジタルスチルカメラについて説明したが、入力装置の配置は、これに限ったものではなく、左手で握る部分や両手で握る部分、または、その他スイッチの配置に適した部分に配置することができる。また、一実施形態による入力装置は、ディジタルスチルカメラに限らず、ディジタルビデオカメラ等の撮像機器や携帯電話機、ＰＤＡなどの電子機器の入力装置に適用することができる。

また、センサーへの接触は、ユーザの指４に限らず、スタイラスペンなどであっても良い。

この発明の一実施形態による入力装置を備えた電子機器の構成の一例を示す略線図である。 電子機器の断面を示す略線図である。 接触を感知していない状態での静電容量式シートセンサーの状態を説明するための図である。 接触を感知した状態での静電容量式シートセンサーの状態を説明するための図である。 ＥＬ素子の構成の一例を示す概略斜視図である。 一実施形態による入力装置での信号の流れを説明するためのブロック図である。 一実施形態による入力装置を備えたディジタルスチルカメラによる入力を説明するための略線図である。 点入力を説明するための略線図である。 線入力を説明するための略線図である。 面入力を説明するための略線図である。 センサーおよび発光素子の配置の一例を示す略線図である。 ドーム付メンブレンスイッチの構造の一例を示す略線図である。

符号の説明

１・・・筐体
２・・・センサー
３・・・発光素子
４・・・指
１１・・・ドライバ（センサー用）
１２・・・ＣＰＵ
１３・・・メモリ
１４・・・ドライバ（発光素子用）

Claims (16)

1. 接触により発生する信号を入力する入力装置において、
   筐体に取り付けられ、接触を検出するシート状のセンサーと、
   上記センサーからの検出信号を受け取るコントローラと、
   上記筐体に取り付けられ、発光するシート状の発光素子と、
   上記センサーによって接触を検出した場合に、上記コントローラが上記発光素子に駆動信号を供給する駆動手段とを有することを特徴とする入力装置。
2. 請求項１において、
   上記センサーは、上記筐体の内部に配置可能であることを特徴とする入力装置。
3. 請求項１において、
   上記発光素子は、上記筐体の内部に配置可能であることを特徴とする入力装置。
4. 請求項１において、
   上記センサーは、可撓性を有し、曲面に沿って貼着可能であることを特徴とする入力装置。
5. 請求項１において、
   上記発光素子は、可撓性を有し、曲面に沿って貼着可能であることを特徴とする入力装置。
6. 請求項１において、
   上記発光素子の明るさが変更可能であることを特徴とする入力装置。
7. 接触により発生する信号を操作信号とする電子機器において、
   筐体に取り付けられ、接触を検出するシート状のセンサーと、
   上記センサーからの検出信号を受け取るコントローラと、
   上記筐体に取り付けられ、発光するシート状の発光素子と、
   上記センサーによって接触を検出した場合に、上記コントローラが上記発光素子に駆動信号を供給する駆動手段とを有することを特徴とする電子機器。
8. 請求項７において、
   上記センサーは、上記筐体の内部に配置されていることを特徴とする電子機器。
9. 請求項７において、
   上記発光素子は、上記筐体の内部に配置されていることを特徴とする電子機器。
10. 請求項７において、
    上記センサーは、可撓性を有し、上記筐体が有する曲面に沿って貼着されていることを特徴とする電子機器。
11. 請求項７において、
    上記発光素子は、可撓性を有し、上記筐体が有する曲面に沿って貼着されていることを特徴とする電子機器。
12. 請求項７において、
    上記発光素子の明るさが変更可能であることを特徴とする電子機器。
13. 請求項７において、
    上記センサーは、ユーザが上記筐体を掴んだ状態で操作可能な指位置に設けられていることを特徴とする電子機器。
14. 請求項７において、
    上記センサーによるスイッチの位置が可動とされていることを特徴とする電子機器。
15. 請求項７において、
    上記発光素子は、ユーザが上記筐体を掴んだ状態で操作可能な指位置に設けられていることを特徴とする電子機器。
16. 請求項７において、
    上記センサーによって複数箇所の接触を検出し、検出された接触の組み合わせに対応する複数種類の入力を可能とすることを特徴とする電子機器。
    

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