JP2006178962A

JP2006178962A - 接触操作型入力装置およびその電子部品

Info

Publication number: JP2006178962A
Application number: JP2005358970A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Saito; 憲彦齋藤
Original assignee: SAITO SHIGERU KENCHIKU KENKYUS; SAITO SHIGERU KENCHIKU KENKYUSHO KK
Current assignee: SAITO SHIGERU KENCHIKU KENKYUS; SAITO SHIGERU KENCHIKU KENKYUSHO KK
Priority date: 1998-01-06
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2006-07-06
Also published as: JP2006099791A; JP3852854B2; JPH11194872A; JP2005285140A

Abstract

【課題】１次元上または２次元上もしくは３次元上の所定の軌跡上を倣って移動、変移する接触点の位置、変移値、および押圧力を検知することの可能な接触操作型入力装置を提供する。
【解決手段】直線または平面曲線もしくは空間曲線状の所定の軌跡上に連続してタッチ位置検出センサーを配したタッチ位置検知手段と、該タッチ位置検出センサーの用いられる軌跡上で指が移動する方向以外の物理的な移動または押下により接点のオンまたはオフを行なうスイッチ手段とを有し、前記タッチ位置検知手段による軌跡上のタッチ位置の状態と、前記スイッチ手段による接点の状態とを一体化して検知するか、または前記タッチ位置検知手段による軌跡上の接触点からの位置情報と、前記スイッチ手段による接点のオンオフ情報とを一体化して検知する構成とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、主として各種電子機器のリモートコントローラや携帯用小型電子機器に使用され、主に指等の接触を検知して指先の移動による変移情報を入力する接触操作型入力装置と、接触操作スイッチおよび接触検知と共にプッシュ操作により駆動する接触操作型電子部品に関するものである。

従来、１次元上の連続した接点の切換機として可動つまみを有するスライドスイッチがある。さらに、２次元上の円周上に等間隔に配置された接点を切り替える回転式スライドスイッチがある。これらは可動つまみがあって手や指自身による接触点または変移値の検知部品ではない。また、接触を検知して接点をオン・オフする接触センサーがある。ただし、これを所定軌跡上に連続に配置し、接触部に指を滑らせるために切れ目のない部品で覆ったものや一体化したシートで覆ったものはなかった。また、指先でのオペレーションを専門に考慮したアルゴリズムとロジックをもったものもなかった。これら以外に可動つまみを持たずに指先またはペン先等による接触によって２次元上の平面、Ｘ軸およびＹ軸上の位置、変移値および押圧を検知するために考え出されたものにタッチパネルがある。しかし、予め決められた１次元または２次元もしくは３次元上の軌跡上の位置、変移値および押圧を検知するような軌道に沿った指先による接触点の位置を検出すると共にその変位、移動量を算出する電子部品または該変位、移動量を算出するための出力を有する一体化された電子部品等は存在しない。さらに、この種の電子部品を使用する機器においては、従来では接触操作するタッチパネル等の電子部品とプッシュ操作するスイッチ等を夫々別個の部品として配し、夫々２つの部品によって重層して操作していた。タッチパネルについては構造および方式の代表的なものとして例えば次のようなものがある。

（１）静電誘導式：パネル表面をタッチしたときとタッチしないときとの静電容量変化を周波数変化、位相変化等の信号変化として検出する２次元平面上タッチ位置検出方式であり、例えば「ＰＣＴ国際公開番号ＷＯ９２／０８９４７号公報」、「ＰＣＴ国際公開番号ＷＯ９２／１４６０４号公報」、「ＩＥＥＥ
ＣＯＭＰＵＴＥＲＳＯＣＩＥＴＹＰＲＥＳＳＲＥＰＯＲＴ，’ＡＣＡＰＡＣＩＴＡＮＣＥ−ＢＡＳＥＤＰＲＯＸＩＭＩＴＹＳＥＮＳＯＲＦＯＲＷＨＯＬＥＡＲＭ
ＯＢＳＴＡＣＬＥＡＶＯＩＤＡＮＣＥ’，Ｊ．Ｌ．Ｎｏｖａｌ，Ｊ．Ｔ．Ｆｅｄｄｅｍａ，ＲｅｐｒｉｎｔｅｄｆｏｒｍＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳＯＦＴＨＥ１９９２
ＩＥＥＥＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥＯＮＲＯＢＯＴＩＣＳＡＮＤＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ，ＮｉｃｅＦｒａｎｃｅ，Ｍａｙ，１２−１４，１９９４」、「特開平８−７７８９４号公報」等がある。

（２）抵抗膜式：Ｘ軸用とＹ軸用に設けた２枚の導電シート上に電位分布を発生させ、該導電シートのあるパネル表面をタッチしたときに変わる電圧を検出する２次元平面上タッチ位置検出方式であり、この方式にはさらにアナログ式とデジタル式とがある。例えば「特開昭４７−３６９２３号公報」、「特開昭６１−２０８５３３号公報」、「特開平８−５４９７６号公報」、「特開平４−４４２０号公報」、「特開平４−１５８１３号公報」等がある。

（３）可動電極方式：２次元平面上でＸ軸上の位置検出用にＹ軸と平行に等間隔で一方の電極を複数本配置し、Ｙ軸上にはそれと垂直に電極を複数本配置し、そのうち片方を可動電極とすることによりＺ軸方向からの押下を夫々の電極の接触により検知する２次元平面上タッチ位置検出方式であり、例えば「特開平４−１５７２３号公報」等がある。

（４）光学式検知方式：２次元平面上でＸ軸上の位置検出用にＸ軸と交わってＹ軸と平行な線分上の両端に赤外線ＬＥＤおよびフォトトランジスタを等間隔に配置し、Ｙ軸上の位置検出用にはそれと垂直な線分上の両端に赤外線ＬＥＤおよびフォトトランジスタを等間隔に配置し、Ｚ軸方向からの押下によって光ビームを遮った位置および範囲を検知する２次元平面上タッチ位置検出方式であり、例えば「特開平２−５３１２９号公報」、「特開平５−３５４０３号公報」等がある。

例えば直線上の線分、曲線、円弧、球面とラグビーボール状の球面の交わった軌跡、さらには鳥の足状に交差する線分等の所定の軌跡上を倣って移動、変移する接触点である例えば指先やペン先等の位置、変移値および押圧力を検知するための発明はされていなかった。ところが、今まで開示された公開公報の中で全てのタッチパネル、タッチパット、タブレット、タッチセンサーに用いられている接触検知センサーを１次元上または２次元上もしくは３次元上の所定の軌跡上に連続して帯状に配置すれば、この所定の軌跡を曲線とすれば該曲線を引き延ばして直線上の線分としたときの端点からの距離が検知できる。要するに指の移動距離および移動時間が検知できることになる。しかも、使用にあっての用途はタッチパネルやスライドスイッチと異なり、また構造も軌跡上に展開されていることから既存のものとは異なっている。要するに２次元上に展開された接触検知構造を１次元に展開し、しかも連続に軌跡上に配置するのである。このために今日現在までの全てのタッチパネル、タッチパット、タブレット、タッチセンサーについての自然法則を利用した構造および利点の一部を盛り込むことができる。

近年、これらのＸ−Ｙ軸上での位置検出に非常に多くの接触型検知手段およびセンサー形状が提案されているが、いずれもこの２軸上の位置検出に目を奪われているために特定の軌道上での接触検知に対する発明がなされていないのが実状である。これらの構造は、紐状に連なっている直線または平面曲線もしくは空間曲線状の所定の軌跡上の接触検知に対して非常に好適な方式の示唆を与えてくれる。従来はこうした紐状に連なる接点による検知については可動部のあるスライドスイッチでよいという技術的先入観があったし、スライドスイッチを用いる経済的な理由もあった。しかし、これでは携帯用電子機器等の場合、小型化が難しいし、可動部があるためにメンテナンス性も良くないものであった。現在、非常に多機能な入力項目のある携帯電子機器等の入力項目の選択、確定についてはプッシュスイッチ付き回転操作型電子部品である例えば特開平８−２０３３８７号公報等があるが、可動部があり奥行きも必要であった。このプッシュスイッチ押下以外のアナログ的な入力を可動部無しに実現したい要望があった。

また、所定の座標系に関してインジケータの位置を決定するための位置設定手段と、該位置設定手段の下に取り付けられた圧力感応スイッチと、十分な圧力が位置設定手段に加えられると、動いているスイッチを作動する接続機構へ圧力が伝送されるスイッチとの間の接続機構とにより、同一圧力がスイッチを作動する位置設定手段上の全ての位置に実質的に加えられなければならないように、接続機構の下に一緒に蝶番付けされ且つ伸張した少なくとも２枚の板より接続機構が成っている入力装置である例えば特開平３−１９２４１８号公報等がある。しかし、この装置は所定の座標系に関しインジケータの位置を決定するための位置設定手段である例えば２次元上のＸＹ平面上でなおかつ公報に開示されている通り蝶番付けされ且つ伸張された少なくとも２枚の板に保持されるが如き十分に広い座標系の中の位置設定手段を用いる形式に対して提案されていると思われるが、紐状の直線または平面曲線もしくは空間曲線上の所定の軌跡上の起点からの距離を検知する位置設定手段についてのものではないし、さらに蝶番を用いたような平面を有する盤面によって押下時の力を一点に無理をして集めている。ここでは、自由でない軌跡上という定義付けされた特定の空間曲線上の変移、または単に連続する接触スイッチの接触状態を入力する装置が必要とされるのである。

また、既存の指接触型位置設定手段については殆どが入力について単純に指先の動作のみ成らず手首のスナップを効かせて使うような大きさのものであったが、プッシュスイッチ付き回転操作型電子部品のように携帯用電子機器を握りしめたとき単に１つの指のみの動作により入力を行なうものがなかったのである。さらに、このような小さな入力装置の時は構成部品に十分に強度が採れるため単純に位置検出部とスイッチ押下部材とは一体化できるのである。また、リモートコントロールや携帯用電子機器はできるだけ小型で薄型のもののほうが使い勝手が良いし、要求によっては小型にする必要があるため、操作スイッチは可能な限り小さく、可動部も少なく、しかも少ない部品点数であることが求められている。ところが、従来のように接触操作するタッチパネル等の電子部品とプッシュ操作するスイッチ等を各々別個の部品として配していたのでは機器の小型化に対して不利であり、尚且つ２つの部品を夫々操作するのでは使い勝手もはなはだ不便である。

そこで本発明は、叙上のような従来存した問題点に鑑み創出されたもので、１次元上または２次元上もしくは３次元上の所定の軌跡上を倣って移動、変移する接触点の位置、変移値、および押圧力を検知することの可能な接触操作型入力装置を提供することを目的とするものである。さらに、上記した従来の欠点を解決すべく、操作性良く薄型でしかも少ない部品点数で電子機器を構成することができるように１つの部品で複数の操作ができるプッシュスイッチ付きの接触操作型電子部品を提供することを目的とするものである。

このため、本発明にあっては、直線または平面曲線もしくは空間曲線状の所定の軌跡上に連続してタッチ位置検出センサーを配したタッチ位置検知手段と、該タッチ位置検出センサーの用いられる軌跡上で指が移動する方向以外の物理的な移動または押下により接点のオンまたはオフを行なうスイッチ手段とを有し、前記タッチ位置検知手段による軌跡上のタッチ位置の状態と、前記スイッチ手段による接点の状態とを一体化させて検知することにより、上述した課題を解決した。
直線または平面曲線もしくは空間曲線状の所定の軌跡上に連続してタッチ位置検出センサーを配したタッチ位置検知手段と、該タッチ位置検出センサーの用いられる軌跡の接線に直交する方向への物理的な移動または押下により接点のオンまたはオフを行なうスイッチ手段とを有し、前記タッチ位置検知手段による軌跡上の接触点からの位置情報と、前記スイッチ手段による接点のオンオフ情報とを一体化させて検知することにより、同じく上述した課題を解決した。
前記タッチ位置検知手段に用いるタッチ位置検出センサーには、軌跡上の接触点において接触時と非接触時の静電容量変化を信号変化として検出する静電誘導式検知手段を用いることにより、同じく上述した課題を解決した。
前記タッチ位置検知手段に用いるタッチ位置検出センサーには、軌跡上に連続して配置した第１電極と間欠に置かれた第２電極を用いると共に、いずれか一方の電極を可動電極とし、他方の電極を固定電極として指の押圧力を検知させる可動電極式検知手段を有することにより、同じく上述した課題を解決した。
前記タッチ位置検知手段に用いるタッチ位置検出センサーには、軌跡の両側もしくは下側に発光素子および受光素子を１組づつ連続して配置した光学式検知手段を有することにより、同じく上述した課題を解決した。
前記タッチ位置検知手段に用いるタッチ位置検出センサーには、軌跡の両側に電極を付設し、該電極に駆動電圧と接地電圧をかけて電位分布を発生させて接触点位置の電圧を検知することにより変位、移動量および押圧力を検知する抵抗膜式検知手段を有することにより、同じく上述した課題を解決した。
前記タッチ位置検知手段に用いるタッチ位置検出センサーは、金属接点間を跨がって接触した指等の抵抗を検出し、出力レベルを高レベルと低レベルの２値に変動させる直流抵抗検知方式によるものとしたことにより、同じく上述した課題を解決した。
前記タッチ位置検知手段に用いるタッチ位置検出センサーは、磁気膜を使用した電磁誘導方式によるものとしたことにより、同じく上述した課題を解決した。
前記タッチ位置検知手段に用いるタッチ位置検出センサーは、超音波発振源を使用した超音波方式によるものとしたことにより、同じく上述した課題を解決した。
前記スイッチ手段は、前記タッチ位置検知手段のタッチ位置検知部に沿っての片側または両側に設けた突起の押下時に該突起と共に接点のオンまたはオフを行なうことにより、同じく上述した課題を解決した。
前記タッチ位置検知手段のタッチ位置検知部、あるいは該周囲部、もしくはタッチ位置検知部を光透過可能なものとした該下部において接触検知の状態に応じて明滅する発光体を配設したことにより、同じく上述した課題を解決した。
前記スイッチ手段は、前記タッチ位置検知手段に接触せずに接点のみオンまたはオフを行ない、なおかつ該接点の押下に連動して同時にタッチ位置検知手段が押下れるよう常時タッチ位置検知手段と連接していることにより、同じく上述した課題を解決した。
前記スイッチ手段は、前記タッチ位置検知手段に接触せずに接点のみオンまたはオフを行ない、なおかつ該接点の押下時に前記タッチ位置検知手段と連接して同時に押下されることにより、同じく上述した課題を解決した。
前記スイッチ手段は、一端が揺動可能に支承された揺動カム機構の他端押圧時に接点のオンまたはオフを行なうことにより、同じく上述した課題を解決した。
前記タッチ位置検出センサーは、変移単位の同じかまたは変移単位の異なる複数の接触検知軌跡上に沿って配されているものとしたことにより、同じく上述した課題を解決した。
前記タッチ位置検出センサーは、幅広な帯状にして一様に分布されているか、もしくは粗密性を有する不均一分布にして配されているものとしたことにより、同じく上述した課題を解決した。
前記タッチ位置検出センサーは、少なくとも１つの接触位置を検知する隣接した２個または３個以上のセンサーによるものとしたことにより、同じく上述した課題を解決した。
前記スイッチ手段は、複数のプッシュスイッチによるものとしたことにより、同じく上述した課題を解決した。
直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部と、該タッチ位置入力部を所定の範囲で水平に動き得るように保持し、該タッチ位置入力部の接点との間に電気信号または電圧を伝達する手段を有する接点付取付基板と、通常状態で該タッチ位置入力部を水平一定方向へ押しつけるバネ体と、バネ体の付勢力に抗して前記タッチ位置入力部を押すことにより動作するよう接点付取付基板の上に配されたプッシュスイッチ部とから成ることにより、同じく上述した課題を解決した。
直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部と、該タッチ位置入力部のための固定接点および上方から操作するプッシュスイッチ部を上面に有する取付基板と、該取付基板に設けた支持部によって揺動可能に保持されると共に固定接点に対応した接点を下面に有するタッチ位置入力部を保持した部材と、該部材の揺動によって先端でプッシュスイッチ部を駆動するように該部材の周囲の一部に設けられた切片状の突起の作動体とを有し、タッチ位置検知部のある部材に十分な圧力が加えられたときにプッシュスイッチ部を押下することにより、同じく上述した課題を解決した。
直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部と、該タッチ位置入力部のための固定接点および上方から操作するプッシュスイッチ部を上面に配した取付基板とを有し、該タッチ位置入力部の両端側または中央下部側に垂設された支持部が取付基板上に設けたガイド用軸穴に嵌挿されて昇降可能となるように案内支持され且つタッチ位置入力部側を取付基板上方の係止部側へ常時弾発付勢すべくタッチ位置入力部と取付基板との間に弾性体を介設させ、該弾性体の弾発付勢力に抗してタッチ位置検知部に十分な圧力が加えられたときにプッシュスイッチ部を押下することにより、同じく上述した課題を解決した。
直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部と、該タッチ位置入力部を保持する部材の接続方式として該タッチ位置入力部夫々に設けられた窪みまたは孔部もしくは貫通する孔部により連結部材によって嵌合されており、該タッチ位置入力部を水平一定方向に押し付けるバネ体を付勢力に抗して押すことによりプッシュスイッチ部が押されるものとしたことにより、同じく上述した課題を解決した。
直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部と、該タッチ位置入力部を一定方向に付勢または押し付けるための部材に弾性体を用い、該付勢力に抗してタッチ位置入力部を押すことによって該弾性体の圧縮または伸展によってプッシュスイッチ部を押下する手段を有することにより、同じく上述した課題を解決した。
直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部を有し、該タッチ位置入力部とは別に弾性体の圧縮または伸展によってプッシュスイッチ部を押下する手段を有することにより、同じく上述した課題を解決した。
前記プッシュスイッチ部を押下する手段は、単一機器において、タッチ位置入力部が配置されている位置と離隔した位置に配されるか、またはタッチ位置入力部の近傍に隣接配置されているものとしたことにより、同じく上述した課題を解決した。
前記タッチ位置検知手段の指先接触面には凹凸部が設けられていることにより、同じく上述した課題を解決した。
キートップに接触検出センサーを付設し、１つの接触を検知する手段を有することにより、同じく上述した課題を解決した。
キートップに複数の接触検出センサーを付設し、夫々の接触を検知する手段を有することにより、同じく上述した課題を解決した。
キートップにタッチパネルを付設したことにより、同じく上述した課題を解決した。
キートップにタッチパネルを付設し、接触を検知する手段を有することにより、同じく上述した課題を解決した。
前記スイッチ手段は、キートップに接触検知部を付設し、プッシュしたときにセンサーの接点が離れることにより、同じく上述した課題を解決した。
前記スイッチ手段は、モメンタリイ式、オルタネイト式もしくはロック式のいずれかによるものとしたことで、同じく上述した課題を解決した。

本発明に係る接触操作型入力装置にあって、主に人体で最も感覚に優れている感触器、操作器である指先からの軌跡上のアナログ的な変移情報または接点の移動情報が電子機器へ入力することを可能にさせ、１次元上、２次元上または３次元上の所定の軌跡上を倣って移動、変移する接触点の位置、変移値および押圧力を検知することを可能にさせる。そして、この操作部品により非常に多くの機能の選択を行なったり、例えばボリュームスイッチ等のスイッチ入力を繊細に行なわせたり、さらにはセンサータッチのイベント数により入力を行なうための接触検知スイッチとして使用された場合には、イベント入力数を人間の指の感覚でもって自在に調節させ、指を当てる場所に応じてイベント数を変更させることにより操作性と多機能性を向上させる。また、このような操作性を発揮する電子機器の構成部品として該機器の操作部の構造を単純化させ、且つメンテナンス性を向上させる。そして、単一の操作部品でもって接触操作型電子部品およびプッシュスイッチ夫々の機能を同時に操作することを可能とさせる。さらに、従来のプッシュスイッチ付き回転操作型部品とは異なり、装置自体をスイッチ押下方向に薄くして形成できるので、装置の中央に配することが可能となり、片手で持って操作するような装置に組み込んだ場合、両手いずれでも操作を簡単に行なわせる。また、以上の接触検出センサー付きプッシュキーにより、単純なキーの押下以外に接触もしくは十分に弱い押圧によりイベント入力を行なわせる。

本発明は以上のように構成されており、特に指先からの軌跡上のアナログ的な変移情報または接点の移動情報が電子機器へ確実に入力することができ、１次元上または２次元上もしくは３次元上の所定の軌跡上を倣って移動、変移する接触点の位置、変移値、および押圧力を検知することができる。そして、操作性良く薄型でしかも少ない部品点数で電子機器を構成することができるように１つの部品で複数の操作ができるプッシュスイッチ付きの接触操作型電子部品を提供することができる。

また、この操作部品により非常に多くの機能の選択を行なったり、例えばボリュームスイッチ等のスイッチ入力を繊細に行なうことができる。さらにはセンサータッチのイベント数により入力を行なうための接触検知スイッチとして使用された場合には、イベント入力数を人間の指の感覚でもって自在に調節させ、指を当てる場所に応じてイベント数を変更させることにより操作性と多機能性を向上することができる。しかも、このような操作性を発揮する電子機器の構成部品として該機器の操作部の構造を単純化でき且つメンテナンス性を向上することもできる。そして、単一の操作部品でもって接触操作型電子部品およびプッシュスイッチ夫々の機能を同時に操作することができる。さらに、従来のプッシュスイッチ付き回転操作型部品とは異なり、装置自体をスイッチ押下方向に薄くして形成でき、装置の中央に配することが可能となり、片手で持って操作するような装置に組み込んだ場合でも、両手いずれでも操作を簡単に行なうことができる。また、以上の接触検出センサー付プッシュキーにより、単純なキーの押下以外に接触もしくは十分に弱い押圧によりイベント入力が行なえる。

発明の実施の形態

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するに、例えば直線または平面曲線もしくは空間曲線状の所定の軌跡上に連続してタッチ位置検出センサーを配したタッチ位置検知手段と、該タッチ位置検出センサーの用いられる軌跡上で指が移動する方向以外の物理的な移動または押下により接点のオンまたはオフを行なう例えばモメンタリイ式、オルタネイト式もしくはロック式等のスイッチ手段とを有し、前記タッチ位置検知手段による軌跡上のタッチ位置の状態と、前記スイッチ手段による接点の状態とを一体化して検知するか、または前記タッチ位置検知手段による軌跡上の接触点からの位置情報と、前記スイッチ手段による接点のオンオフ情報とを一体化して検知する構成とした接触検知方式に基づく接触操作入力装置である。そして、具体的なタッチ位置検知手段とその回路構成については以下のようなものがある。すなわち、主にＸＹ平面上での接触および感圧によってその接触位置に見合った信号もしくは電圧を出力するタッチパネルにより多くの方式が提案されており、以下にその具体的な構成について詳細に説明する。

タッチ位置検知手段として静電誘導式検知手段（静電容量タイプ）を使用した構成について説明すれば、これは指等の接触を検知するためにガラス等の不導体を介して複数個のコンデンサーＣ１，Ｃ２，Ｃ３，・・・を配置し、接触および接近によってこの夫々のコンデンサーＣ１，Ｃ２，Ｃ３，・・・の容量が変化することを検知する方式である。ここではコンデンサーＣ１，Ｃ２，Ｃ３，・・・は連続して所定の軌跡の下に連続して配置する。図１に示すように、連続して配置したコンデンサーＣ１，Ｃ２，Ｃ３，・・・に対してパルス発生回路１より、デコーダとカウンタを内蔵したスキャンドライブ回路２を介して順番に電圧をかけることによりＣＲ移相発振回路３より発生した周波数信号を周波数比較回路４へ送り、この信号と、予め前記パルス発生回路１よりコントロール回路５を介して周波数比較回路４へ送られた基準信号とを比較し、さらに周波数比較回路４からの信号と前記コントロール回路５からの基準信号とを判定回路６に同時に送りそこで両信号を判定することにより接触によって変わったコンデンサー容量を検知して指の接触位置を検知するのである。

タッチ位置検知手段として可動電極式検知手段（可動電極スイッチタイプ）を使用した構成について説明すれば、図２（ａ）に示すように、これは軌跡上に連続して配設した例えば直線状の電極と、スペーサ１３を介して間隔を開けて断続して配設した電極との内のいずれか一方を可動電極１４とし且つ他方を固定電極１５とし、指等による圧潰力でもってこの可動電極１４を固定電極１５側に撓曲接触させその接点の通電位置と時間から指の接触点を検出するものとしてある。図２（ｂ）ではコントロール回路１０によりカウンタ１１を起動し、デコーダ１２からは順番に接点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・と検知して行く。このときオンされた接点の部分で電圧がＬＯＷになり接触点が検知できるのである。

タッチ位置検知手段として光学式検知手段（赤外線検出タイプ）を使用した構成について説明すれば、これは指等の接触検知を行なう軌跡の両側に図３に示すような１対１で対応する関係で例えば赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子２０と、例えばフォトトランジスター等の受光素子２１とを複数個連続して配設し、この発光素子２０をデマルチプレクサ２２によって順番に発光させ、発光した光をマルチプレクサ２３により同期して受光素子２１で受ける方式である。このとき、受光素子２１で受けた光の受光レベルを判定回路２４により検出し、光のレベルの判定を行なうことで指の接触位置を検知するのである。２５はコントロール回路であり、前記デマルチプレクサ２２、マルチプレクサ２３、判定回路２４に接続され、夫々の回路機能を制御している。また、図３の点線で囲んだ部分であるＡＤ変換器２６を前記マルチプレクサ２３と判定回路２４との間に介設させれば、接触点に対してアナログ値の検出を行なうことができ、更に検知精度を向上させることができる。さらに、光学式検知手段の他の例としては図４に示すように、受光素子２１と発光素子２０との相互を接触位置の下部に設ける方式や、図５に示すように、受光素子２１と発光素子２０との相互を接触部の両側に設ける方式もあり、尚且つ受光素子２１と発光素子２０との間に後述するプッシュスイッチ部４７を配しても良い。

タッチ位置検知手段として抵抗膜式検知手段（抵抗膜電極タイプ）を使用した構成について説明すれば、図６に示すように、これは電極Ａと電極Ｂとを均質な抵抗膜３０を挟んでこれに駆動電圧と接地電圧をかけて電位分布Ｑを発生させるものである。そして、図７に示すように、この抵抗膜３０に導体から成る電極３１を抵抗膜３０と平行して上部もしくは下部に配設し、指等の接触により抵抗膜３０と、平行した電極３１とを接触導通させ、その接触により変化した電圧を電圧測定器３２でもって測定することにより接触点の位置を検出するものである。以上説明したように各種の検知手段によれば、接触点をその軌跡に１対１に対応させた１次元座標上の位置データとして出力されるものであり、特にアナログ式に十分に近い場合では指先の動きでもって方向が容易に認識できると共に、デジタル式でもポイント数が多い場合には認識可能となるものである。

タッチ位置検知手段として直流抵抗検知方式を使用した構成について説明すれば、例えば入力動作抵抗が２ＭΩであって７回路実装によるＢＡ６５３タッチセンサーを応用することにより、例えば図１１に示すような金属接触接点スイッチＳＷ１〜ＳＷ７間を跨がって接触した指等の高抵抗を検出し、高抵抗検出電子スイッチモジュールＳＭを介して出力レベルＯＵＴ１〜ＯＵＴ７をＨＩＧＨ，ＬＯＷの２値に変動させるものとしてあり、主として金属に触れたことを検出するスイッチとして用いられているものである。

その他、前記抵抗膜の代わりに磁気を帯びた膜を使用した電磁誘導方式や、前記赤外線ＬＥＤの代わりに超音波発振源を使用した超音波検知方式等が考えられる。

前記スイッチ手段としては、例えば、図８に示すように、筐体Ｐ内部に配された取付基板４９の上に接点４２Ａを設け、且つ取付基板４９の接点４２Ａ上を覆うようにしてスカートリング状のラバー体による弾性体５５を介して扇状ボタン型のプッシュスイッチ部４７を取付け、該プッシュスイッチ部４７の下面には前記取付基板４９の接点４２Ａに対向した接点４２Ｂを設ける一方、該プッシュスイッチ部４７の一端部に円弧状にしてタッチ位置検知部４０を配し、該タッチ位置検知部４０と、取付基板４９の下面側に設けたタッチ位置入力部４４のケーブルソケットとをケーブルＫを介して接続してあり、プッシュスイッチ部４７の押下時に接点４２Ａ，４２Ｂ同士が接触導通してスイッチオン状態となるものとしてある。具体的にはパソコン等のマウスに使われるクリックボタン等に応用することができる。

また、前記タッチ位置検知手段のタッチ位置検知部４０、あるいは該周囲部、もしくはタッチ位置検知部４０を光透過可能なものとした該下部（図９参照）において接触検知の状態に応じて明滅する発光体４３を順次配設しても良く、例えば確定スイッチの無い電子ピアノ等の音楽機器のボリューム等に応用できる。

前記スイッチ手段は、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、指先が前記タッチ位置検知部４０に接触せずに接点４２のみオンまたはオフを行ない、尚且つ該接点４２の押下に連動して同時にタッチ位置検知部４０が押下されるよう常時タッチ位置検知部４０と連接してあっても良いし、あるいは図１０（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように、前記タッチ位置検知部４０に接触せずに接点４２のみオンまたはオフを行ない、尚且つ該接点４２の押下時に前記タッチ位置検知部４０と連接して同時に押下されるものとしてある。

前記スイッチ手段は、図１９に示すように、例えば三角形状のカム体７０の頂点一端を筐体Ｐ内部に回動可能に支承して水平面内で該カム体７０が偏角揺動できるような揺動カム機構を形成し、該カム体７０の三角形状の他の頂点をタッチ位置検知部４０を介して押圧することにより接点のオンまたはオフを行なうものとしてある。

そして、本実施の形態をプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品として応用した場合には、例えば図１２に示すように、直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部４０に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部４０に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部４４を設け、該タッチ位置入力部４４を所定の範囲で水平に動き得るように保持しながら該タッチ位置入力部４４の接点との間に電気信号または電圧を伝達する手段を有する接点付取付基板４５を配設してあり、通常状態で該タッチ位置入力部４４を水平一定方向へ押しつけるコイル状のバネ体４６を介装させ、該バネ体４６の付勢力に抗して前記タッチ位置入力部４４を押す所謂横スライド式とすることにより接点付取付基板４５の上に配されたプッシュスイッチ部４７を動作するように構成してある。

あるいは、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように、直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部４０に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部４０に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部４４を設け、該タッチ位置入力部４４のための固定接点４８に接続した舌片状の接点５１および上方から操作するプッシュスイッチ部４７を上面に有する取付基板４９を設け、該取付基板４９に設けた支持部５０によって、固定接点４８に対応した接点部を下面に有するタッチ位置入力部４４を保持した蝶番型の揺動部材５２を略中央部にてバネ体４６が介装された状態で支持部５０を支点として揺動可能に保持させ、該揺動部材５２のバネ体４６の弾発付勢力に抗しての押し下げ方向への押圧揺動によって先端でプッシュスイッチ部４７を駆動するように該揺動部材５２の先端側一部に設けられた突起状の作動体５３を形成し、タッチ位置検知部４０のある部材に十分な圧力が加えられたときに作動体５３によりプッシュスイッチ部４７を押下するものとしても良い。また、図１３（ａ）に示すように、揺動部材５２の左右両端に切片状の突起の作動体５３を一対にしてシーソー型に形成しておき、該作動体５３に対応して取付基板側に一対のプッシュスイッチ部４７Ａ，４７Ｂを設けておけば、２つのプッシュボタンで２種類の入力が可能である。

もしくは、図１４（ａ）、図２２（ａ）乃至（ｂ）に示すように、直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部４０に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部４０に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部４４と、該タッチ位置入力部４４のための固定接点４８および上方から操作するプッシュスイッチ部４７を上面に配した取付基板４９とを有し、該タッチ位置検知部４０の両端側または中央下部側に垂設された支持部６０が取付基板４９上に設けたガイド用軸穴６１に嵌挿されて昇降可能となるように案内支持され且つタッチ位置検知部４０側を取付基板４９上方の係止部４９Ａ側へ常時弾発付勢すべくタッチ位置入力部４４と取付基板４９との間に弾性体として例えばコイル状のバネ体４６を介設させ、該バネ体４６の弾発付勢力に抗してタッチ位置検知部４０に十分な圧力が加えられたときにプッシュスイッチ部４７を押下するものとしてある。また、図１４（ｂ）は、タッチ位置検知部４０をプッシュボタン形状に形成し、タッチ位置検知部４０の下部側の支持部６０が取付基板４９上に設けた筒状のガイド用軸穴６１に嵌挿されて昇降可能となるように案内支持され、タッチ位置入力部４４と取付基板４９との間にコイル状のバネ体４６を介設させたものである。さらに、図１５中（ｃ）乃至（ｄ）に示すように、例えばプッシュスイッチ部４７が３点の場合には、パソコン、ワープロ等の文字入力等に好適である。このとき、タッチ位置入力部４４の両側面には一対の板バネ６２により挟持されており、該タッチ位置検知部４０に対し下方に圧力が加えられてプッシュスイッチ部４７Ａを押下するのに加えて、タッチ位置検知部４０を水平２方向に前記板バネ６２に抗して傾倒させることにより他の２つのプッシュスイッチ部４７Ｂ，４７Ｃの何れか１つを押圧させるものである。尚、図１５中（ａ）乃至（ｂ）に示すように、プッシュスイッチ部４７が２点の場合には、タッチ位置入力部４４の下端部を左右傾倒方向に揺動自在となるように支承させ、タッチ位置入力部４４の左右に配された２つのプッシュスイッチ部４７Ｂ，４７Ｃの何れか１つを押圧させるものであっても良い。

尚、直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部４０に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部４０に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部４４を設け、該タッチ位置入力部４４を保持する部材の接続方式として該タッチ位置入力部４４に設けられた窪みまたは孔部もしくは貫通する孔部等を有するガイド用の連結部材５４に嵌挿させ、該タッチ位置入力部４４を一定方向に押し付けるバネ体４６を付勢力に抗して押すことによりプッシュスイッチ部４７が押されるものとしても良い。

さらに、図１６（ａ）乃至（ｄ）に示すように、タッチ位置検知部４０に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部４０に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部４４を設け、該タッチ位置入力部４４を一定方向に付勢または押し付けるための部材に例えばワンウェイプッシュ機構９０を使用して接点４２のオンまたはオフを行なうものとしてある。また、ラバー状の弾性体の伸張または圧縮等に対する弾発付勢力に抗してタッチ位置入力部４４を押すことによってプッシュスイッチ部４７を押下するものとしても良い。もしくは図１４（ｃ）に示すように、スイッチ手段として前記タッチ位置検知手段のタッチ位置検知部４０に沿っての片側または両側に突起４１を設け、押下時に該突起４１と共にプッシュスイッチ部４７の接点のオンまたはオフを行なうものとしてある。具体的にはパソコン等のマウスに使われるクリックボタン等に応用したり、パソコン、ワープロ等のキーボードとして採用したりすることができる。以上に示したようなプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品は、例えばパソコン、ワープロ等のキーボードとして採用した場合には、キーボード全体が接触を感知するセンサーとなるものであり、また携帯電話等のキートップを接触センサーにすることにより、キーの個数が少なくできるのである。さらに、従来のプッシュスイッチ付き回転操作型部品とは異なり、装置自体をスイッチ押下方向に薄くして形成できるので、装置の中央に配することが可能となり、片手で持って操作するような装置に組み込んだ場合、両手いずれでも操作を簡単に行なわせることができるのである。尚、前記タッチ位置検知部４０の指先接触面には入力イベントを認識し易いように凹凸部が設けられている。

前記タッチ位置検出センサーは、変移単位の同じかまたは変移単位の異なる複数の接触検知軌跡上に沿って配列されていたり、幅広な帯状にして一様に分布したり、もしくは粗密性を有する不均一分布にして配置したりして構成することができる。具体的には、タッチ位置検出センサーの分布が軌跡に沿った両側あるいは軌跡の中間部で密なものとしたり、軌跡の一端か他端にかけて次第に密になったりしても良く、このようにして指を当てる場所を指の感触でもって自由に調節することができ、イベント数が変えられるようにしてある。また、前記タッチ位置検出センサーは、少なくとも１つの接触位置を検知する隣接した２個または３個以上のセンサーによるものとしても良い。

前記プッシュスイッチ部を押下する手段は、図１８（ａ）に示すように例えば携帯電話等の単一機器において、タッチ位置入力部４４が配置されている位置とは離隔した反対側の位置にプッシュスイッチ部４７を配してあったり、または図１８（ｂ）乃至（ｄ）、図１７に示すように、タッチ位置入力部４４の近傍に隣接配置してあったりしても良い。すなわち、図１７（ａ）は、帯状のタッチ位置入力部４４に並行して帯状のプッシュスイッチ部４７が携帯電話の側面に隣接配置されており、図１７（ｂ）は、円形のプッシュスイッチ部４７の周囲に円弧状のタッチ位置入力部４４が携帯電話の側面に隣接配置されている。また図１８（ｂ）は、帯状のタッチ位置入力部４４を縦方向に設け且つその下に円形のプッシュスイッチ部４７を配置させたものを携帯電話の中央部に配置させてあり、図１８（ｃ）は、縦方向に隣接した帯状のタッチ位置入力部４４、プッシュスイッチ部４７相互を携帯電話の中央部に配したものであり、図１８（ｄ）は帯状のタッチ位置入力部４４を携帯電話の中央部に横方向にして設け且つその下に円形のプッシュスイッチ部４７を配したものである。さらに、図１８（ｅ）、（ｆ）は、円形または矩形のタッチ位置入力部４４の中央にプッシュスイッチ部４７が設けられており、図１８（ｇ）は、円形のタッチ位置入力部４４の外周にプッシュスイッチ部４７が設けられており、この他種々の変形例が考えられる。

また、単純に接点のオンオフを行なっている入力キーに少ない接触圧力により更にもう１つの入力を行なわせたい場合や、単純に接点のオンオフを行なっている入力装置に、アナログ量の入力も行なわせたい場合には、例えば図２０乃至図２１に示すように、キートップ８０に例えば小円形状の接触検出センサー８１を付設し、１つの接触を検知する手段を持たせた（図２０（ａ）参照）ものや、またはキートップ８０に例えば矩形パネル状の複数の接触検出センサー８１Ａ，８１Ｂ，・・・を付設し、接触を検知する手段を持たせたり（図２０（ｂ）参照）、もしくはキートップ８０の全面に矩形状のタッチパネル８２を付設し、接触を検知する手段を持たせたり（図２０（ｃ）、（ｄ）参照）することができる。さらに、キートップ８０の上面周縁には指先でなぞるようにして操作されるための例えばリング状の接触検知部８３を付設し、キートップ８０をプッシュしたときにセンサーの接点８４が接合したり（図２１（ａ）乃至（ｂ）参照）、もしくは逆に離れるようにするものであっても良い。

本発明の実施の形態における静電誘導式検知手段を示す回路構成図である。本発明の実施の形態における可動電極式検知手段を示すものであり、（ａ）は回路構成図、（ｂ）は断面図である。本発明の実施の形態における光学式検知手段を示す回路構成図である。本発明の実施の形態における光学式検知手段を示す発光素子と受光素子との配置図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。本発明の実施の形態における光学式検知手段を示す発光素子と受光素子との他の配置図である。本発明の実施の形態における抵抗膜式検知手段を示した概念構成図であり、（ａ）は抵抗膜の配置図、（ｂ）は電圧分布を説明する説明図である。同じく抵抗膜式検知手段を示した回路図である。本発明の実施の形態におけるスイッチ手段を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。本発明の実施の形態におけるタッチ位置検知部を示す図である。本発明の実施の形態における他のスイッチ手段を示し、スイッチのみの押下状態とタッチ位置検知部中心部の押下状態とを説明する概念図である。本発明の実施の形態における直流抵抗検知方式を示す回路構成図である。本発明の実施の形態における横スライド式プッシュスイッチ付の接触操作型電子部品を示す図である。同じくプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品の他の応用例を示す図であり、（ａ）はシーソー型、（ｂ）は蝶番型、（ｃ）は（ｂ）の正面図である。同じくプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品の更に他の応用例を示す断面図であり、（ａ）は平面型電子部品、（ｂ）および（ｃ）はボタン型電子部品を示す。同じくプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品の更に他の応用例を示すものである。同じくプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品の更に他の応用例を示す斜視図である。同じくプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品の他の応用例を示す斜視図であり、（ａ）は帯状タイプ、（ｂ）は円形タイプである。同じくプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品の他の応用例を示す概略図である。同じくプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品の他の応用例を示す概略図である。同じくプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品としての他の応用例を示す概略図である。同じくプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品としての他の応用例を示す概略図である。同じくプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品としての他の応用例を示す概略図である。

符号の説明

１…パルス発生回路２…スキャンドライブ回路
３…ＣＲ移相発振回路４…周波数比較回路
５，１０，２５…コントロール回路６，２４…判定回路
１１…カウンタ１２…デコーダ
２０…発光素子２１…受光素子
２２…デマルチプレクサ２３…マルチプレクサ
２６…ＡＤ変換器３０…抵抗膜
３１…電極４０…タッチ位置検知部
４１…突起４２，５１…接点
４３…発光体４４…タッチ位置入力部
４５…接点付取付基板４６…バネ体
４７…プッシュスイッチ部４９…取付基板
５２…揺動部材５３…作動体
５５…弾性体

Claims

直線または平面曲線もしくは空間曲線状の所定の軌跡上に連続してタッチ位置検出センサーを配したタッチ位置検知手段と、該タッチ位置検出センサーの用いられる軌跡上で指が移動する方向以外の物理的な移動または押下により接点のオンまたはオフを行なうスイッチ手段とを有し、前記タッチ位置検知手段による軌跡上のタッチ位置の状態と、前記スイッチ手段による接点の状態とを一体化させて検知することを特徴とする接触操作型入力装置。
直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部と、該タッチ位置入力部を所定の範囲で水平に動き得るように保持し、該タッチ位置入力部の接点との間に電気信号または電圧を伝達する手段を有する接点付取付基板と、通常状態で該タッチ位置入力部を水平一定方向へ押しつけるバネ体と、バネ体の付勢力に抗して前記タッチ位置入力部を押すことにより動作するよう接点付取付基板の上に配されたプッシュスイッチ部とから成ることを特徴とするプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品。
直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部と、該タッチ位置入力部のための固定接点および上方から操作するプッシュスイッチ部を上面に有する取付基板と、該取付基板に設けた支持部によって揺動可能に保持されると共に固定接点に対応した接点を下面に有するタッチ位置入力部を保持した部材と、該部材の揺動によって先端でプッシュスイッチ部を駆動するように該部材の周囲の一部に設けられた切片状の突起の作動体とを有し、タッチ位置検知部のある部材に十分な圧力が加えられたときにプッシュスイッチ部を押下することを特徴とするプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品。
直線上または曲線上に連続して配置したタッチ位置検知部に指先を接触させることにより該タッチ位置検知部に応じた電気信号または電圧を発生するタッチ位置入力部と、該タッチ位置入力部のための固定接点および上方から操作するプッシュスイッチ部を上面に配した取付基板とを有し、該タッチ位置入力部の両端側または中央下部側に垂設された支持部が取付基板上に設けたガイド用軸穴に嵌挿されて昇降可能となるように案内支持され且つタッチ位置入力部側を取付基板上方の係止部側へ常時弾発付勢すべくタッチ位置入力部と取付基板との間に弾性体を介設させ、該弾性体の弾発付勢力に抗してタッチ位置検知部に十分な圧力が加えられたときにプッシュスイッチ部を押下することを特徴とするプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品。
キートップにタッチパネルを付設したことを特徴とするプッシュスイッチ付の接触操作型電子部品。