JP2009277038A

JP2009277038A - 静電容量式ポインティングデバイス

Info

Publication number: JP2009277038A
Application number: JP2008128079A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takiguchi; 毅瀧口; Naoki Iwao; 直樹岩尾; Makoto Danno; 誠團野; Tadanao Matsumoto; 忠直松本
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2009-11-26
Also published as: WO2009139297A1

Abstract

【課題】小型であっても操作性の優れた静電容量式ポインティングデバイスを提供する。
【解決手段】ｘ座標を検出する列電極Ｘ_１〜Ｘ_３と、ｙ座標を検出する行電極Ｙ_１〜Ｙ_３とが互いに独立して配列形成されたセンサ基板１１と、そのセンサ基板１１上に行電極Ｙ_１〜Ｙ_３及び列電極Ｘ_１〜Ｘ_３が配列形成されている領域１２を覆うように配置され、上面が操作面１４とされる絶縁体１３と、操作面１４に設けられた触覚により認識可能な操作基準１５とよりなる。領域１２は操作基準１５より大とされ、領域１２の中心に操作基準１５が位置される。
【選択図】図１

Description

この発明は小型携帯機器等に用いて好適な静電容量式ポインティングデバイスに関する。

ディスプレイ画面上のカーソル操作を行うために、各種ポインティングデバイスが用いられており、それらの中で小型携帯機器に搭載されているものとして、例えばジョイスティックやトラックボール等があげられる。

ジョイスティックは操作レバーを傾動させるものであり、またトラックボールはボールを回転させるものであり、これらのポインティングデバイスは操作部を直接動かすことで、直感的な操作が行えることを特徴としている。しかしながら、操作部を動かす都合上、その分のスペースが必要となり、薄型化が図りづらいという欠点がある。

これに対し、表面を指で摺動操作する（撫でる）ことによりカーソル操作を行うタッチパッドは操作部を直接動かす必要がないため、薄型化が可能であり、携帯電話機に小型のタッチパッドを搭載した例が特許文献１に示されている。
特開２００１−２３４７３号公報

小型携帯機器に搭載するポインティングデバイスにタッチパッドを用いれば、小型・薄型化を図ることが可能となるものの、タッチパッドの操作面は平面であるため、以下の（１）〜（３）に示すような問題がある。

（１）指の感触だけでは操作部のどこを触っているのかわかりにくいため、操作部の位置を把握しづらく、中心と端の区別がつきにくい。特に、タッチパッドを小型にした場合、ブラインドタッチ時に意図せず、操作部の端を操作してしまうことがあり、操作中にすぐに操作部から指が外れる恐れがある。

（２）指の感触だけではどの方向に操作しているのかわかりづらいため、指をまっすぐ横に動かしているつもりでも、曲がったり、斜めに動かしていたりする。

（３）繰り返し撫でてカーソル移動やリストのスクロール等をする場合、特に親指で上方向に操作する際、上に操作しているつもりでも常に同じ場所を触ってしまい、指の感触だけでは操作しづらい。

この発明の目的はこのような問題に鑑み、小型であっても操作しやすい操作性に優れた静電容量式ポインティングデバイスを提供することにある。

請求項１の発明によれば、静電容量式ポインティングデバイスは、ｘ座標を検出する列電極と、ｙ座標を検出する行電極とが互いに独立して配列形成されたセンサ基板と、そのセンサ基板上に行電極及び列電極が配列形成されている領域を覆うように配置され、上面が操作面とされる絶縁体と、操作面に設けられた触覚により認識可能な操作基準とよりなり、前記領域は操作基準より大とされ、前記領域の中心に操作基準が位置される。

請求項２の発明では請求項１の発明において、操作基準を押下することで操作されるスイッチがセンサ基板の下側に配置される。

請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、操作基準が絶縁体と別体とされる。
請求項４の発明では請求項１乃至３のいずれかの発明において、操作基準の回りの操作面を押下することで操作される周辺スイッチがセンサ基板の下側に配置される。

この発明によれば、触覚により認識可能な操作基準が行及び列電極が配列形成されている領域の中心に設けられているため、この操作基準を基準として操作を行うことができ、よって小型であっても操作性の優れた静電容量式ポインティングデバイスを得ることができる。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明による静電容量式ポインティングデバイスの一実施例の構成を示したものである。

センサ基板１１上には操作された位置のｘ座標を検出する列電極Ｘ（Ｘ_１〜Ｘ_３）と、ｙ座標を検出する行電極Ｙ（Ｙ_１〜Ｙ_３）とが直交配置されて配列形成されており、この例では３行×３列の電極が形成されている。行電極Ｙ_１〜Ｙ_３と列電極Ｘ_１〜Ｘ_３とは互いに独立している。

センサ基板１１上には行電極Ｙ_１〜Ｙ_３及び列電極Ｘ_１〜Ｘ_３が配列形成されている領域（センサ領域）１２を覆うように絶縁体１３が配置され、この絶縁体１３の上面（センサ基板１１と反対側の面）が操作面１４とされる。操作面１４には操作基準１５が設けられており、この例では操作基準１５は半球状の突起をなすものとされて絶縁体１３に一体形成されている。なお、操作基準１５は絶縁体１３と別体とし、絶縁体１３上に貼り付けるようにしてもよい。

行電極Ｙ_１〜Ｙ_３及び列電極Ｘ_１〜Ｘ_３が形成されている領域１２の大きさは、図１Ａに示したように操作基準１５の大きさより大とされ、操作基準１５は領域１２の中心に位置するように設けられている。

なお、図１Ａ中、１６はセンサ基板１１の導出部（ケーブル部）を示し、各行電極Ｙ_１〜Ｙ_３及び各列電極Ｘ_１〜Ｘ_３からそれぞれ引き出された配線パターン１７が導出部１６に導出されている。各行電極Ｙ_１〜Ｙ_３及び各列電極Ｘ_１〜Ｘ_３は配線パターン１７を介して、図１では図示を省略しているが、静電容量検出部及びデータ処理部を備える制御部に接続されている。

センサ基板１１はＰＷＢやＦＰＣ、メンブレン印刷配線板等によって構成され、行電極Ｙ_１〜Ｙ_３及び列電極Ｘ_１〜Ｘ_３はセンサ基板１１がＰＷＢやＦＰＣの場合には銅箔等で形成され、メンブレン印刷配線板の場合には銀インクやＩＴＯなどの透明抵抗体等で形成される。

絶縁体１３はこの静電容量式ポインティングデバイス１０が小型携帯機器等の筐体に配置される場合はその筐体に相当し、構成材はポリカーボネートやＡＢＳ、アクリル等の樹脂やガラス等、筐体の仕様に応じた仕様となる。このような絶縁体１３に対するセンサ基板１１の固定は例えば両面テープ（図示せず）を用いてセンサ基板１１を絶縁体１３に貼り付けることによって行うことができる。また、例えば図示しない構造物によりセンサ基板１１の裏面から絶縁体１３に押し付けるようにして固定することもできる。

図２〜４は上記のような構成を有する静電容量式ポインティングデバイス１０に対する操作例を示したものであり、図中、２１は指を示す。突起状の操作基準１５の存在により、指２１がどの位置を触れているかが触覚により認識可能となり、以下に示すような利点を有するものとなる。
・図４に示したように、操作基準１５に沿った操作を行うことが可能となり、操作位置や操作方向を認識しやすく、誤操作しにくい。なお、行電極Ｙ_１〜Ｙ_３及び列電極Ｘ_１〜Ｘ_３が配列形成されている領域１２は操作基準１５より大きいため、操作基準１５に沿って操作した場合、操作基準１５の外側に位置する電極によって、操作位置を検出することができる。
・図３Ｂに示したように、指２１で繰り返し撫でて操作する場合、操作基準１５により操作感触が指２１に伝わるので、指２１の感触だけで同じ場所を触らないように操作を修正することが可能となる。これに対し、図３Ａは比較として操作基準１５がなく、操作面１４が単なる平面である従来例の場合を示したものであり、指２１で繰り返し撫でて操作する際、従来例では図３Ａに示したように常に同じ場所ａを触ってしまうといったことが生じ易く、指２１の感触だけでは操作しづらいものとなっている。
・操作領域（領域１２）の中心に位置する操作基準１５により、操作領域の中心を認識しやすくなることから、小型化しても操作中に指２１が操作領域から外れにくくなり、また操作方向も認識しやすくなる。

このように、この例によれば小型であっても操作性の優れた静電容量式ポインティングデバイスを得ることができる。

上述した例では方形をなすセンサ基板１１の方形の領域１２に３行×３列の電極（Ｙ_１〜Ｙ_３，Ｘ_１〜Ｘ_３）が形成されたものとなっているが、電極数、センサ基板１１の形状、領域１２の形状はこれに限るものではなく、適宜、選択される。図５Ｂは一例として４行×４列の電極（Ｙ_１〜Ｙ_４，Ｘ_１〜Ｘ_４）が方形の領域１２に形成された例を示したものであり、また図６Ａ，Ｂは円形をなすセンサ基板１１の円形の領域１２にそれぞれ３行×３列の電極（Ｙ_１〜Ｙ_３，Ｘ_１〜Ｘ_３）、４行×４列の電極（Ｙ_１〜Ｙ_４，Ｘ_１〜Ｘ_４）が形成された例を示したものである。

なお、互いに組み合わされて直交配置される行電極Ｙ及び列電極Ｘをそれぞれ構成する要素ｅの形状は上述した例では行・列方向に対して辺が４５°傾いた正方形としているが、この要素ｅの形状もこれに限定されるものではなく、例えば図７Ａに示した形状に替え、図７Ｂ，Ｃに示したような円形、行・列方向に辺が沿った正方形とすることもできる。

図８は操作基準１５の各種形状例を示したものであり、図８Ａに示した半球状の突起に替え、図８Ｂ，Ｃに示したような方形状の突起とすることもできる。また、操作基準１５は突起に限らず、図８Ｄに示したような凹みとしてもよく、さらに図８Ｅに示したようなリング状をなすリブや図８Ｆに示したようなリング状の溝とすることもできる。

操作基準１５を図８Ｅ，Ｆに示したようなリブや溝とした場合、リブや溝で囲まれた内側の部分の絶縁体１３の厚さを操作基準１５の外側の部分の絶縁体１３の厚さと同じにすることができる。これにより、操作基準１５が存在する部分における絶縁体１３の厚さに起因する感度の低下を抑制することができ、つまり操作基準１５の感度への影響を小さくすることが可能となる。なお、操作基準１５をリブや溝とした場合には、例えば操作基準１５と絶縁体１３とを樹脂成形により一体形成する際、偏肉によるヒケや歪みの発生を少なくすることができる。

次に、図９に示した実施例について説明する。
図９は操作基準１５を押下することで操作することができるスイッチ（プッシュスイッチ）をセンサ基板１１の下側に配置した例を示したものであり、この例ではスイッチ３１はメタルドームスイッチとされている。図９中、３２はクリック反転するメタルドームを示し、３３はメタルドーム３２によって導通される電極（図示せず）が形成されている基板を示す。

このスイッチ３１を備えた静電容量式ポインティングデバイスはこの例では小型携帯機器等の筐体４１に取り付けられている。筐体４１はこの例では樹脂成形体４２と、その上に配置されたフィルム４３とよりなり、このフィルム４３が図１においてセンサ基板１１上に配置されている絶縁体１３をなすものとされる。センサ基板１１は樹脂成形体４２に設けられた開口４４に位置し、このセンサ基板１１上のフィルム４３の上面が操作面１４とされる。操作面１４には操作基準１５が設けられている。なお、センサ基板１１の下面にはメタルドーム３２を押圧するプッシャ３４が配置されている。

この図９に示したような構成によれば、ポインターとしての操作（カーソル操作）以外に、スイッチ３１による確定機能を付加することができる。押下操作する操作基準１５は触覚により認識できるため、その点で押下操作がしやすいものとなる。

図１０〜１２はこのような押下操作されるスイッチ３１を備えた静電容量式ポインティングデバイスの他の構成例を示したものであり、図１０はセンサ基板１１上の絶縁体１３が図９のように機器の筐体によって構成されるのではなく、筐体と別体とされた例を示している。絶縁体１３は機器の筐体４５の開口４６に位置し、図１０に示したように開口４６の内周面と絶縁体１３の外周面には互いに係合して絶縁体１３を抜け止めする段部４６ａ，１３ａがそれぞれ形成されている。絶縁体１３の上面は操作面１４とされ、この操作面１４に操作基準１５が形成されている。

図１１は操作基準１５が存在する部分の絶縁体のみを筐体と別体とした例を示したものであり、即ち筐体４５に形成された開口４６に操作基準１５を構成する絶縁体１３’が位置している。センサ基板１１は絶縁体１３’の下面に取り付けられている。この例では操作基準１５の回りの操作面１４は筐体４５の上面によって構成される。

また、図１２は図１０に示した筐体４５と絶縁体１３とが別体とされた構成に対し、操作基準１５の回りまで筐体４５を延長し、その分絶縁体１３を薄くし、操作基準１５の回りの操作面１４が図１１と同様、筐体４５の上面によって構成されるようにしたものである。図１１ではセンサ基板１１はその中央部のみが絶縁体１３’に固定され、図１１Ｂに示すように中央部以外はフリーとなっているため、センサ基板１１には所要の剛性が要求されるが、この図１２に示した構成ではそのような剛性は不要となる。

なお、図９〜１２に示した各実施例においては、いずれもスイッチ３１としてメタルドームスイッチを配置しているが、スイッチ３１はこれに限らず、押下操作されるものであればよく、例えばメタルドームに替えてラバードームを用いるタクトスイッチやメンブレンスイッチ、感圧スイッチ等、各種スイッチを用いることができる。

次に、図１３Ａ，Ｂに示した実施例について説明する。
この例では前述の図１に示した構成に対し、操作基準１５がその回りの絶縁体１３と別体とされ、絶縁体１３に形成した貫通孔１８内に、操作基準１５を構成する絶縁体１３’が位置しているものとなっている。絶縁体１３’はこの例では透光材によって構成され、一方、絶縁体１３は不透光材によって構成されており、これにより操作基準１５を照光することができるものとなっている。図１３Ｂ中、５１は光源を示し、５２は光源５１が実装されている基板を示す。

光源５１から出射された光はセンサ基板１１に設けられた穴１９を介して絶縁体１３’に入射し、これにより操作基準１５が照光される。なお、センサ基板１１が所要の透光性を有する場合には穴１９を不要とすることができる。

一方、上記の構成とは逆に、絶縁体１３を透光材とし、操作基準１５を構成する絶縁体１３’を不透光材とすれば、操作基準１５以外（操作基準１５の回りの操作面１４）を照光させることもできる。絶縁体１３と１３’は例えば２色成形により一体形成することもできる。

図１３Ｃは絶縁体１３を透明材とし、そのセンサ基板１１が貼り付けられる側の面に印刷（図示せず）を施し、センサ基板１１と反対側の面に操作基準１５を構成する透明な絶縁体１３’が位置しているものである。この例では絶縁体１３’が位置する部分には絶縁体１３に対する印刷をせず、つまり印刷がない状態とすることで操作基準１５を照光することができる。

図１４は前述の図１０に示したような操作基準１５を押下することにより操作することができるスイッチ（中央スイッチ）３１を具備する構成に対し、さらに操作基準１５の回りの操作面１４を押下することで操作することができる周辺スイッチをセンサ基板１１の下側に配置した例を示したものである。

周辺スイッチ３５はこの例では中央スイッチ３１と同様、メタルドームスイッチとされ、図１４Ａに示したように操作基準１５を中心として、言い換えれば中央スイッチ３１を中心として円周上に９０°間隔で４個配置されている。各メタルドーム３２はセンサ基板１１の下面に配置されたプッシャ３４によって押圧され、クリック反転して基板３３上に形成されている電極（図示せず）を導通させる。

センサ基板１１上の絶縁体１３は筐体４５と別体とされており、さらに操作基準１５を構成する部分の絶縁体１３’が回りの絶縁体１３と別体とされている。これら絶縁体１３及び１３’はこの例では弾性シート４７を介して筐体４５に支持されており、図１４Ｂに示したように筐体４５、絶縁体１３，１３’の下面に弾性シート４７が貼り付けられている。このような構成により、絶縁体１３及び１３’はそれぞれ独立して変位可能とされている。なお、センサ基板１１は弾性シート４７の下面に配置されている。

中央スイッチ３１は操作基準１５を押下することにより、図１４Ｃに示したように操作され、周辺スイッチ３５は操作基準１５の回りの絶縁体１３の操作面１４を押下し、操作面１４（絶縁体１３）を図１４Ｄに示したように傾動させることで操作される。なお、図１４Ｅに示したように筐体４１が樹脂成形体４２と、その上に配置されたフィルム４３とよりなるものとされて、操作面１４が前述の図９に示した構成と同様、フィルム４３によって構成される場合は操作面１４は傾動せず、局所的にたわむことで周辺スイッチ３５が操作される。４個の周辺スイッチ３５は４方向スイッチとして機能する。

この図１４に示した静電容量式ポインティングデバイス１０’はいわゆる５ＷＡＹスイッチを備えた構成となっており、例えば携帯電話機などに搭載されている５ＷＡＹスイッチに替えて、この図１４に示した静電容量式ポインティングデバイスを搭載すれば、５ＷＡＹスイッチ以外にポインターとしてのタッチパッドを配置したい場合に、そのための占有スペースを確保する必要がなくなり、その点で省スペース化を図ることができる。

図１５は操作基準１５を構成する絶縁体１３’を上述した例のように操作基準１５の回りの絶縁体１３と別体とせず、一体としたものであり、つまり図１に示した構成に図１４と同様、５ＷＡＹスイッチを付加したものであり、このような構成を採用することもできる。なお、中央スイッチ３１を押下操作する際、操作基準１５のみが回りの絶縁体１３と独立して変位する図１４の構成の方が、操作性（操作感触）の点で優れていると言える。

図１６は中央スイッチ３１がなく、４方向スイッチを構成する周辺スイッチ３５のみとした例を示したものであり、用途に応じてこのような構成を採用することもできる。

図１７はこの発明による静電容量式ポインティングデバイスを小型携帯機器に搭載した例を示したものであり、図１７Ａは携帯電話機６１に図１４に示したような５ＷＡＹスイッチを備えた静電容量式ポインティングデバイス１０’を搭載した例を示し、図１７Ｂ，Ｃはそれぞれ携帯電話機６２，６３に図１に示したような静電容量式ポインティングデバイス１０を搭載した例を示す。図１７Ｂ，Ｃではそれぞれ筐体６４，６５の表面によって操作面１４が構成されている。

図１８は携帯電話機における操作例を示したものであり、図１８Ａは従来の５ＷＡＹスイッチ６６が搭載されている携帯電話機６１における操作例を示し、図１８Ｂ，Ｃはこの発明による５ＷＡＹスイッチを備えた静電容量式ポインティングデバイス１０’が搭載された携帯電話機６１における操作例を示す。図中、６７は表示器を示す。

図１８Ａに例示したように、従来の５ＷＡＹスイッチ６６ではその４方向キーの操作によりカーソルを上下左右に移動させるものであったのに対し、この発明による静電容量式ポインティングデバイス１０’によれば、図１８Ｂに示したように操作面１４をタッチしてカーソルを移動させたい方向に移動させることができ、また操作面１４を撫でることにより図１８Ｃに示したようなカーソル操作を行うことができる。従って、このような５ＷＡＹスイッチを備えた静電容量式ポインティングデバイス１０’によれば、従来の５ＷＡＹスイッチがもつ機能に加え、フリーカーソルなどの機能を追加することが可能となる。

この発明による静電容量式ポインティングデバイスの一実施例を示す図、Ａは平面図、Ｂは正面図。図１に示した静電容量式ポインティングデバイスの操作例を示す図、Ａは平面図、Ｂは正面図。静電容量式ポインティングデバイスの操作状態を説明するための図、Ａは従来例を示し、Ｂは図１に示した静電容量式ポインティングデバイスの場合を示す。図１に示した静電容量式ポインティングデバイスの操作例を示す図。電極数の異なる例を説明するための図。センサ基板及び電極形成領域（センサ領域）の形状の異なる例を説明するための図。電極の構成要素の形状の異なる例を説明するための図。操作基準の各種形状例を説明するための図。中央スイッチを備えた静電容量式ポインティングデバイスの第１の実施例を示す図、Ａは平面図、Ｂは操作状態の断面図。中央スイッチを備えた静電容量式ポインティングデバイスの第２の実施例を示す図、Ａは平面図、Ｂは操作状態の断面図。中央スイッチを備えた静電容量式ポインティングデバイスの第３の実施例を示す断面図、Ａは操作前を示し、Ｂは操作状態を示す。中央スイッチを備えた静電容量式ポインティングデバイスの第４の実施例を示す断面図、Ａは操作前を示し、Ｂは操作状態を示す。Ａは照光機能を有する静電容量式ポインティングデバイスの一実施例を示す平面図、Ｂはその断面図、Ｃは照光機能を有する静電容量式ポインティングデバイスの他の実施例を示す断面図。Ａは中央及び周辺スイッチを備えた静電容量式ポインティングデバイスの第１の実施例を示す平面図、Ｂはその断面図、Ｃ，Ｄはその操作状態の断面図、Ｅは中央及び周辺スイッチを備えた静電容量式ポインティングデバイスの第２の実施例を示す断面図。中央及び周辺スイッチを備えた静電容量式ポインティングデバイスの第３の実施例を示す断面図、Ａは操作前を示し、Ｂは操作状態を示す。周辺スイッチを備えた静電容量式ポインティングデバイスの実施例を示す操作状態の断面図。この発明による静電容量式ポインティングデバイスの搭載例を示す図。携帯電話機に搭載された５ＷＡＹスイッチを備える静電容量式ポインティングデバイスの操作を説明するための図。

Claims

ｘ座標を検出する列電極と、ｙ座標を検出する行電極とが互いに独立して配列形成されたセンサ基板と、
そのセンサ基板上に、前記行電極及び列電極が配列形成されている領域を覆うように配置され、上面が操作面とされる絶縁体と、
前記操作面に設けられた触覚により認識可能な操作基準とよりなり、
前記領域は前記操作基準より大とされ、前記領域の中心に前記操作基準が位置していることを特徴とする静電容量式ポインティングデバイス。
請求項１記載の静電容量式ポインティングデバイスにおいて、
前記操作基準を押下することで操作されるスイッチが前記センサ基板の下側に配置されていることを特徴とする静電容量式ポインティングデバイス。
請求項１又は２記載の静電容量式ポインティングデバイスにおいて、
前記操作基準が前記絶縁体と別体とされていることを特徴とする静電容量式ポインティングデバイス。
請求項１乃至３記載のいずれかの静電容量式ポインティングデバイスにおいて、
前記操作基準の回りの前記操作面を押下することで操作される周辺スイッチが前記センサ基板の下側に配置されていることを特徴とする静電容量式ポインティングデバイス。