JP2006178590A

JP2006178590A - 入力装置

Info

Publication number: JP2006178590A
Application number: JP2004369008A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Ono; 秀三小野
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: JP4319975B2; US7348898B2; US20060132332A1

Abstract

【課題】入力装置に関する操作性の向上、および、当該入力装置を備える電子機器のさらなる小型化に貢献するため、１つの静電容量センサの表面側および裏面側から入力を検出することが可能となる両面入力可能な静電容量センサを有する入力装置を提供すること。
【解決手段】
入力装置１が、クロック信号ＣＫを発信するクロック信号生成手段２と、基板５ｄに電極５ａが形成されている静電容量センサ５を有する遅延手段６と、誘電体を用いて形成されており、前記静電容量センサ５の表面側および裏面側の両面に配設されている保護シート５ｂおよび５ｃと、前記クロック信号生成手段２から得られるクロック信号ＣＫおよび前記遅延手段６から得られる遅延信号ＣＫ１、ＣＫ２またはＣＫ３に基づいて出力信号ＡＣ１、ＡＣ２もしくはＡＣ３を発信する論理積手段３と、前記論理積手段３に基づいて得られる出力信号ＡＣ１、ＡＣ２もしくはＡＣ３に応じて所定のプログラムを実行する制御部１４とを備えていること。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量の変化を検出する静電容量センサの表面側および裏面側の両面から入力することが可能となる入力装置に係り、特に、複雑な入力操作を要する携帯用電子機器などに好適に用いられる入力装置に関する。

一般に、静電容量の変化を検出する静電容量センサを有する入力手段は、様々な電子機器に広く用いられている。例えば、近年広く普及している携帯電話機やＰＤＡ（携帯情報端末）などの電子機器においては、数字や文字等の情報を入力する入力装置として採用されている。

前述したような入力装置は、一般的に、電子機器の筐体に形成された入力面の内側に電極を有する基板が配設されている。そして、その入力装置は、その電極と対面する入力面に当該電子機器を操作する人の指などが接近または接触した際に、その電極の静電容量が変化し、その変化に係る出力信号を得ることによって、入力操作を可能としている（特許文献１を参照）。

特開２００４−２０１１７５号公報

しかしながら、近年における電子機器の更なる小型化に伴って、当該電子機器に配設される入力装置もあわせて小型化が要求されており、当該入力装置の入力面が結果的に縮小されることから、入力装置の操作性が低下するおそれがあるという問題が生じた。具体的には、操作する指やペンなどの大きさは小型化が困難であるのに対して、当該入力面の面積は、電子機器および入力装置の更なる小型化に伴って縮小するため、入力面に形成されている極小の入力キーを誤操作してしまうおそれがあるということなどが挙げられる。

前記問題を解決するためには、例えば電子機器の筐体の表面側および裏面側に前記入力部分を形成し、当該入力部分の面積を増やすことが望ましい。しかし、従来の静電容量センサを有する入力装置は、静電容量センサの入力面を表側もしくは裏側のどちらか一面に限られてしまうという問題がある。そのため、電子機器に両面入力を要求する場合、未だに１つの静電容量センサによって両面入力することが可能な静電容量センサが存在しないことから、当該電子機器の表面側および裏面側の両面において、前記静電容量センサを各１つずつ配設しなければならなかった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、入力装置に関する操作性の向上、および、当該入力装置を備える電子機器のさらなる小型化に貢献するため、１つの静電容量センサの表面側および裏面側から入力を検出することが可能となる両面入力可能な静電容量センサを有する入力装置を提供することにある。

前述した目的を達成するため、本発明の入力装置は、その第１の特徴として、クロック信号を発信するクロック信号生成手段と、基板に電極が形成されている静電容量センサを有する遅延手段と、誘電体を用いて形成されており、前記静電容量センサの表面側および裏面側の両面に配設されている保護シートと、前記クロック信号生成手段から得られるクロック信号および前記遅延手段から得られる遅延信号に基づいて出力信号を発信する論理積手段と、
前記論理積手段に基づいて得られる出力信号に応じて所定のプログラムを実行する制御部とを備えていることを特徴としている。

第２の特徴としては、第１の特徴を有する本発明の入力装置において、前記静電容量センサの表面側および裏面側に配設されている保護シートは、それぞれの厚さが異なって形成されていることを特徴としている。

第３の特徴としては、第１または第２の特徴を有する本発明の入力装置において、前記制御部は、前記静電容量センサに基づいて得られる出力信号のパルス幅の違いに基づいて前記静電容量センサの表裏両面から入力の制御を行なうことを特徴としている。

第４の特徴としては、第１の特徴を有する本発明の入力装置において、前記制御部は、前記制御部に接続されている入力切替手段を所望する保護シートに応じて切り替えることによって、前記静電容量センサの表面側および裏面側に配設されている保護シートのどちらか一方から入力されたかを制御することを特徴としている。

本発明の特徴によって、１つの静電容量センサの表面側および裏面側から誤動作することなく入力を検出することが可能となるため、入力装置に関する操作性の向上、および、当該入力装置を備える電子機器のさらなる小型化に貢献するなどの効果を奏する。

以下、図１から図６を用いて、本発明の入力装置における各実施形態（第１および第２の実施形態）を説明する。
（第１の実施形態）
以下、図１から図４を用いて、本発明の第１の実施形態を説明する。

第１の実施形態の入力装置１は、図１に示すように、マイコン１５、遅延手段６、論理積手段３、アナログスイッチ９および平滑手段１０を備えている電子回路である。

前記マイコン１５は、クロック信号生成手段２、Ａ／Ｄコンバータ１３および制御部１４を有している。クロック信号生成手段２は、本実施形態である入力装置１のドライブ波となるクロック信号ＣＫを生成する手段であり、論理積手段３の一方の入力端子に接続されている。Ａ／Ｄコンバータ１３は、アナログ出力をディジタル出力に変換する手段であり、前記平滑手段１０および制御部１４に接続されている。制御部１４は、マイコン１５に内蔵された複数のプログラムから使用する任意のプログラムを選択して制御するための制御手段であり、前記任意のプログラムは前記Ａ／Ｄコンバータ１３から伝達されたディジタル出力を判断基準として選択される。

遅延手段６は、抵抗４と静電容量センサ５とを有している。前記遅延手段６に内蔵されている抵抗４は、一端がクロック信号生成手段２と論理積手段３との間に接続されており、他端は論理積手段３の他方の入力端子に接続されている。そして、静電容量センサ５は、前記抵抗４と前記論理積手段３との間に接続されている。抵抗４および静電容量センサ５は、遅延手段６がＣＲ回路と称される計測用電子回路を形成するために用いられている。

静電容量センサ５としては、図２に示すように、基板５ｄに複数の電極５ａが印刷されることによって形成されている静電容量方式センサを用いている。前記静電容量センサ５に用いられる静電容量方式センサの型式としては、アクティブ型もしくはパッシブ型のどちらを用いても本発明の実施が可能であるが、静電容量センサ５を有する入力装置の小型化、構造の単純化、および駆動電力における省エネルギー化から、パッシブ型の静電容量センサを用いることが好ましい。

電極５ａとしては、金属などの導電性を有する端子が円形状、方形状、もしくは任意形状に形成されているものを用いている。また、電極５ａとしては、１個または複数個を用いることができ、プラスチックなどの絶縁性を有する基板上５ｄに形成されている。

静電容量センサ５の表面側および裏面側の各面には、誘電体を用いて形成された表面側用保護シート５ｂおよび裏面側用保護シート５ｃが配設されている。これら各保護シート５ｂおよび５ｃは、それぞれの保護シートにおいては均一の厚さの平板状に形成されているが、表面側用保護シート５ｂの厚さｄ１と裏面側用保護シート５ｃの厚さｄ２とが異なるように形成されている。第１の実施形態においては、静電容量センサ５の表面側用保護シート５ｂの厚さｄ１がその裏面側用保護シート５ｃの厚さｄ２よりも厚くなるように形成されている。なお、保護シート５ｂおよび５ｃの厚さは、本発明の入力装置が配設される電子機器の筐体の厚さと静電容量センサの入力感度を考慮して、０．１５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲において選択すればよい。ただし、前記保護シート５ｂおよび５ｃは１．５ｍｍより厚くなると前記静電容量センサ５の感度が低下するため、１．５ｍｍ以下の厚さにすることがなお好ましい。

具体例を挙げるとすると、前記した表面側用保護シート５ｂおよび裏面側用保護シート５ｃには、図３に示すように、本実施形態の入力装置への入力において必要となる数字、文字または矢印など（以下、「数字等５ｎ」という。）が形成されている。これらの数字等５ｎは、前記静電容量センサ５が有する電極５ａの配設位置と各数字等５ｎの配設位置とが一対一に対応する位置に形成されている。また、当該保護シート５ｂおよび５ｃは、ノートパソコンにおけるポインティングデバイスのように、保護シートの表面側５ｂおよび／または裏面側５ｃに数字等５ｎを形成することなく使用しても良い。

論理積手段３は、論理積（ＡＮＤ）を構成する論理積回路などの役割を果たす手段であって、第１の実施形態では、図１に示すように、２つの入力端子と１つの出力端子を有しているＡＮＤゲートを用いている。論理積手段３の２つの入力端子においては、一方の入力端子に前記クロック信号生成手段２が接続されており、他方の入力端子に遅延手段６の一端が接続されている。そして、論理積手段３の前記出力端子には、アナログスイッチ９の入力端子が接続されている。

アナログスイッチ９は、アナログ信号の伝達または切断の切替を行なう開閉装置であり、従来用いられているアナログスイッチ９を用いることが可能である。そのアナログスイッチ９は、クロック信号生成手段２から得られるクロック信号ＣＫと連動して当該アナログスイッチ９の開閉を制御するアナログスイッチ制御手段（図示せず）を有している。そして、そのアナログスイッチ９は、論理積手段３が接続されていない出力端子に平滑手段１０の入力端子が接続されている。

平滑手段１０としては、交流を平滑化するための手段であって、抵抗１１およびコンデンサ１２などによって形成されている平滑回路を用いている。その平滑手段１０は、アナログスイッチ９が接続されていない出力端子にマイコン１５に配設されているＡ／Ｄコンバータ１３が接続されている。

次に、第１の実施形態の入力装置の作用を説明する。

第１の実施形態の入力装置に備わるマイコン１５のクロック信号生成手段２は、図４の（ａ）に示すように、所定の周波数を有する規則的なパルスからなるクロック信号ＣＫを論理積手段３および遅延手段６へ出力する。クロック信号生成手段２から論理積手段３へ直接的に出力されたクロック信号ＣＫは、クロック信号ＣＫが描く波形を変更することなく、論理積手段３に入力される。また、クロック信号生成手段２から遅延手段６を経由したクロック信号ＣＫは、前記遅延手段６による遅延処理を施されて、論理積手段３に入力される。

前記遅延処理としては、静電容量センサ５において表面側用保護シート５ｂの厚さｄ１と裏面側用保護シート５ｃの厚さｄ２に差を設けたことによって、静電容量センサ５に配設されている各保護シート５ｂまたは５ｃのどちらか一方に人体の指などの導体が接触していない場合（以下、「静電容量センサ５に指がない場合」という。）と、静電容量センサ５に配設されている表面側用保護シート５ｂに人体の指などの導体が接触している場合（以下、「表面側用保護シート５ｂに指がある場合」という。）と、静電容量センサ５に配設されている裏面側用保護シート５ｃに人体の指などの導体が接触している場合（以下、「裏面側用保護シート５ｃに指がある場合」という。）とに遅延の種類を分類することが可能となっている。

静電容量センサ５に指がない場合、遅延手段６へ出力された前記クロック信号ＣＫは、図４（ａ）に示すような方形状の波形（方形波）から、図４（ｂ）に示すような略三角形状の波形（三角波）のクロック信号ＣＫ１へ、遅延処理される。そして、クロック信号ＣＫおよびＣＫ１が入力された論理積手段３は、図４（ａ）および（ｂ）に示すしきい値ＴＨに基づいて入力されたクロック信号ＣＫおよびＣＫ１の値を、前記しきい値ＴＨよりも高い値であるＨレベルと前記しきい値ＴＨよりも低い値であるＬレベルとに区別し、図４の（ｃ）のように、前記Ｈレベル内にあるクロック信号ＣＫおよびＣＫ１の値から得られた論理積であるＡＮＤ信号ＡＣ１をアナログスイッチ９に出力する。前記ＡＮＤ信号ＡＣ１のパルス幅はＴ３となっている。

それに対して、表面側用保護シート５ｂに指がある場合は、遅延手段６へ出力された前記クロック信号ＣＫは、前記した図４（ｂ）に示す三角波とは異なり、図４（ｄ）に示す三角波のクロック信号ＣＫ２へ遅延処理される。図４（ｄ）に示す三角波のクロック信号ＣＫ２は、図４（ｂ）に示す三角波のクロック信号ＣＫ１の底辺の長さと同等であるが、図４（ｂ）に示す三角波のクロック信号ＣＫ１よりも高さが低い形状である。それによって、図４（ｄ）に示すしきい値ＴＨよりも高くなる電圧が継続される時間が短くなるため、図４（ｅ）に示すＡＮＤ信号ＡＣ２のパルス幅Ｔ４は図４の（ｃ）に示すＡＮＤ信号ＡＣ１のパルス幅Ｔ３よりも狭くなる。

また、裏面側用保護シート５ｃに指がある場合も表面側用保護シート５ｂに指がある場合と同様にして、方形状のクロック信号ＣＫは、図４（ｆ）に示すように、三角波のクロック信号ＣＫ３となり、その結果、図４（ｇ）に示すように、論理積手段３はパルス幅Ｔ５を有するＡＮＤ信号ＡＣ３を出力する。

前記パルス幅Ｔ３、Ｔ４およびＴ５の大小関係は、静電容量センサ５に配設されている表面側用保護シート５ｂの厚さｄ１がその裏面側に配設されている裏面側用保護シート５ｃの厚さｄ２よりも厚くなるように形成されていることから、Ｔ３＞Ｔ４＞Ｔ５となる。前記したパルス幅の違いは、前記三角波のクロック信号ＣＫ１、ＣＫ２およびＣＫ３の形状の違いによって生じる。前記三角波のクロック信号ＣＫ１、ＣＫ２およびＣＫ３の形状の変化は遅延手段６が形成するＲＣ回路の時定数Ｔが変化することによって生じる。

ここで、前記時定数Ｔは、遅延手段６が有する抵抗４の抵抗値Ｒと静電容量センサ５の静電容量Ｃとの積によって得られる関係式、Ｔ＝ＲＣ（式１）によって表され、前記静電容量Ｃは、各保護シート５ｂまたは５ｃの誘電率ε、各保護シート５ｂまたは５ｃに人体の指などが接触する面積Ｓ、静電容量センサ５と当該指との対向距離ｄとの関係式、Ｃ＝ε（Ｓ／ｄ）（式２）によって表される。

また、前記時定数Ｔは、抵抗４の抵抗値Ｒが一定であることから、静電容量Ｃの変化量によって決定する比例関数であり、前記静電容量Ｃは、誘電率εが一定であることから、人体の指などの接触面積Ｓおよび静電容量センサ５と当該指との対向距離ｄの逆数１／ｄによって決定する比例関数であるといえる。

すなわち、人体の指などの接触面積Ｓおよび当該指との対向距離ｄの逆数１／ｄの変化によって生じる静電容量Ｃの変化から、静電容量センサ５に対して入力があったか否かだけを認識するばかりでなく、表面側用保護シート５ｂもしくは裏面側用保護シート５ｃのどちらの保護シートから入力されたかを認識することが可能となる。

また、論理積手段３と平滑手段１０との間にアナログスイッチ９を設け、前記アナログスイッチ９とクロック信号生成手段２とを連動させることによって、静電容量センサ５に充電もしくは放電される電荷を制御することが可能となる。そのため、静電容量センサ５によって遅延処理されたクロック信号ＣＫ１、ＣＫ２およびＣＫ３が示す電圧が全体的に高くなり、しきい値ＴＨよりも高い電圧が継続する時間が長くなることから、パルス幅Ｔ３、Ｔ４およびＴ５は全体的に広がり、平滑手段１０によって得られるアナログ出力の値が全体的に大きくなる。前記アナログ出力の値が大きくなると、前記アナログ出力の値を検出する制御部１４が入力面の違いによって得られる各出力値の違いを明確に判断することが容易になるため、静電容量センサ５の検出精度を高めることが可能となる。すなわち、表面側用保護シート５ｂと裏面側用保護シート５ｃとのどちらから入力されたかを誤認せずに確実に認識することが可能となる。

静電容量センサ５に係る入力の種類によって異なる遅延処理を施されたクロック信号ＣＫ１、ＣＫ２およびＣＫ３の違いを明確に判断した制御部１４は、入力の種類に応じて実行されるプログラムを制御することによって、第１の実施形態の入力装置は表面側用保護シート５ｂと裏面側用保護シート５ｃとの両面から入力が可能となる入力装置となる。
（第２の実施形態）
以下、図５および図６を用いて、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、第２の実施形態の入力装置１においては、図５に示すように、そのほとんどの部分が第１の実施形態の入力装置に係る構成および作用を同じにするため、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。

第２の実施形態の入力装置１は、マイコン１５、遅延手段６、論理積手段３、アナログスイッチ９および平滑手段１０を有する電子回路であることは第１の実施形態の入力装置と同様であるが、遅延手段６の静電容量センサ５が有する保護シート５ｂおよび５ｃの厚さおよびマイコン１５内の制御部１４に連設された入力切替手段１６が第１の実施形態の入力装置と異なっている。

各保護シート５ｂおよび５ｃの厚さは、第１の実施形態とは異なり、表面側用保護シート５ｂの厚さｄ１および裏面側用保護シート５ｃの厚さｄ２が同等に形成されていてもよい。

入力切替手段１６としては、表面側用保護シート５ｂまたは裏面側用保護シート５ｃのどちらから入力するかを切り換えるスイッチを用いている。例えば、図６に示すように、室内空調機（エアコンディショナ）を操作するリモートコントロール機器１７に設けられたフラップ部１８において、前記フラップ部１８が開閉されたか否かを検出するフラップ部開閉入力切替手段や、二つ折りが可能な携帯電話において、前記携帯電話の開閉を認識するためにヒンジ部に設けらている開閉入力切替手段などが同様の手段に当たる。また、前記入力切替手段１６は、制御部１４が実行するプログラムと連動して制御することが可能となっている。例えば、表面側用保護シート５ｂから入力された場合はＡプログラムを実行し、裏面側用保護シート５ｃから入力された場合はＢプログラムを実行するといったような、表面側用および裏面側用保護シート対して異なるプログラムを実行するための切替手段である。

上記のように形成された第２の実施形態の入力装置は、静電容量センサ５のみによって表面側用保護シート５ｂまたは裏面側用保護シート５ｃのどちらから入力されたかを検出することがたとえ不可能となるように形成されているとしても、制御部１４に連設された入力切替手段１６によって、当該各保護シートのどちらから入力されたかを検出し、それに応じて実行するプログラムを選択することが可能となる。また、入力切替手段１６に制御部１４を連動させていることによって、様々なプログラムを実行する制御部１４が両面入力の制御を誤動作することなく該当するプログラムを実行することが可能となる。

すなわち、本発明の入力装置が有する特徴によって、１つの静電容量センサに配設されている表面側用保護シート５ｂまたは裏面側用保護シート５ｃのどちらから入力されたのかを入力装置の制御部１４が誤動作することなく認識することが可能となるため、入力装置に関する操作性の向上、および、当該入力装置を備える電子機器のさらなる小型化に貢献するなどの効果を奏する。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明の入力装置に係る第１の実施形態の回路を示す回路図本発明の入力装置に備えられている静電容量センサ、表面側用保護シート、および、裏面側用保護シートを示す斜視図本発明の入力装置に備えられている表面側用保護シートおよび裏面側用保護シートの表面側に、一例として、形成されている数字等を示す平面図本発明の入力装置に係る回路から得られるクロック信号を示すタイムチャート本発明の入力装置に係る第２の実施形態の回路を示す回路図本発明の入力装置に備えられている静電容量センサを有する入力手段の第２実施形態を示す概念斜視図

符号の説明

１入力装置
２クロック信号生成手段
３論理積手段（ＡＮＤゲート）
４抵抗
５静電容量センサ
５ａ電極
５ｂ表面側用保護シート
５ｃ裏面側用保護シート
５ｄ基板
６遅延手段
９アナログスイッチ
１０平滑手段
１４制御部
１５マイコン
１６入力切替手段
ｄ１表面側用保護シートの厚さ
ｄ２裏面側用保護シートの厚さ

Claims

クロック信号を発信するクロック信号生成手段と、
基板に電極が形成されている静電容量センサを有する遅延手段と、
誘電体を用いて形成されており、前記静電容量センサの表面側および裏面側の両面に配設されている保護シートと、
前記クロック信号生成手段から得られるクロック信号および前記遅延手段から得られる遅延信号に基づいて出力信号を発信する論理積手段と、
前記論理積手段に基づいて得られる出力信号に応じて所定のプログラムを実行する制御部と
を備えていることを特徴とする入力装置。
前記静電容量センサの表面側および裏面側に配設されている保護シートは、それぞれの厚さが異なって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
前記制御部は、前記静電容量センサから得られる出力信号に基づいて前記静電容量センサの表裏両面より入力の制御を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
前記制御部は、前記制御部に接続されている入力切替手段を所望する保護シートに応じて切り替えることによって、前記静電容量センサの表面側および裏面側に配設されている保護シートのどちらか一方から入力されたかを制御することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。