JP2011175506A - 入力装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】操作時に充分な操作感を利用者に知覚させる。
【解決手段】保護基板４０は、被検出物（利用者の手指）が接触する操作面４０Aと、操作面４０Aとは反対側の表面４０Bとを含む。検出体３０は、保護基板４０の背面側の表面４０Bに対向する検出基板３２と、検出基板３２に形成された検出電極３４とを含んで構成される。保護基板４０のうち検出基板３２の周縁から張出す張出部４２の表面４０Bには振動体５０が固定される。制御回路１４は、操作面４０Aに対する被検出物の接触時に振動体５０を振動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検出物の接触（利用者による操作）を検出する技術に関する。

利用者による操作を検出する平板型の入力装置において、操作時の操作感（クリック感）を利用者に知覚させる技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、相対向する可動板と支持基板の各々の内面に形成された導電膜の導通／絶縁に応じて利用者からの操作の有無や位置を検出する抵抗膜方式の入力装置が提案されている。特許文献１の技術では、背面側に位置する支持基板の裏面に固定された圧電素子を操作時に振動させることで利用者に操作感を知覚させる（例えば特許文献１の図７）。

特開２００３−１２２５０７号公報

ところで、入力装置を保護する光透過性の保護基板を入力装置の前面側に設置する構成が想定され得る。しかし、入力装置の背面側の支持基板に圧電素子を固定した特許文献１の構成に保護基板を追加した場合、圧電素子から保護基板の表面（利用者による接触面）までの間に介在する各要素で圧電素子の振動が吸収され、利用者に充分な操作感（振動）を知覚させることが困難となる。以上の事情を考慮して、本発明は、操作時に充分な操作感を利用者に知覚させることを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の入力装置は、被検出物が接触する操作面を有する保護基板と、保護基板の操作面とは反対側の表面（例えば図２の表面４０B）に対向する検出基板に検出電極が形成された検出体と、保護基板に固定されるとともに操作面に対する被検出物の接触時に振動する振動体とを具備する。以上の態様においては、操作面を含む保護基板に振動体が固定されるから、例えば振動体を検出体（検出基板）に固定した構成と比較して、充分な強度の振動（操作感）を利用者に知覚させることが可能である。本発明の入力装置は、各種の電子機器（例えば携帯型の情報端末）に利用され得る。

本発明の好適な態様において、保護基板は、検出体の周縁から張出す張出部を含み、振動体は、張出部に固定される。以上の態様では、検出体の周縁から張出す張出部に振動体が固定されるから、張出部が利用者から視認され難い（意匠性が維持される）という利点がある。更に好適な態様において、振動体は、張出部のうち操作面とは反対側の表面に固定される。以上の態様では、振動体が検出体とともに操作面とは反対側の表面に配置されるから、振動体を操作面に固定した構成と比較して入力装置の薄型化が実現される。また、張出部の表面に遮光層を形成した構成によれば、張出部が利用者から視認されないから、意匠性が維持されるという効果は格別に顕著となる。

本発明の好適な態様において、振動体は、保護基板の縁辺に沿う長尺状に形成される。以上の態様では、保護基板の縁辺に沿って振動体が長尺状に形成されるから、例えば保護基板の隅部（四隅）に振動体を点在させた構成と比較して、保護基板の広範囲を充分な強度で振動させることが可能となる。更に好適な態様に係る入力装置は、保護基板のうち相対する各縁辺に沿う長尺状に各々が形成された複数の振動体を具備する。以上の態様においては、保護基板の相対する各縁辺に振動体が配置されるから、例えば保護基板の１辺のみに振動体を配置した構成と比較して、保護基板の広範囲にわたって振動の強度を均一化することが可能である。

本発明の好適な態様に係る入力装置は、検出体を挟んで保護基板とは反対側に設置されて画像を表示する表示体を具備する。以上の態様によれば、表示体による表示を視認しながら利用者が操作できるという利点がある。なお、表示体を具備する入力装置は、入力機能（利用者からの操作を検出する機能）が付加された表示装置としても把握され得る。

本発明の第１実施形態に係る入力装置の分解斜視図である。 図１におけるII-II線の断面図である。 第２実施形態における操作検出部の断面図である。 変形例に係る振動体の配置の態様を示す平面図である。 変形例に係る振動体の配置の態様を示す平面図である。 変形例に係る振動体の配置の態様を示す断面図である。 変形例に係る振動体の配置の態様を示す断面図である。 変形例に係る振動体と外部（制御回路）との接続の態様を示す断面図である。 電子機器の形態（パーソナルコンピュータ）を示す斜視図である。 電子機器の形態（携帯電話機）を示す斜視図である。 電子機器の形態（携帯情報端末）を示す斜視図である。

＜Ａ：第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る入力装置１００の分解斜視図である。入力装置１００は、利用者による操作を検出する機器であり、図１に示すように、操作検出部１２と制御回路１４とを含んで構成される。操作検出部１２は、画像を表示する機能と被検出物（利用者の手指）の接触を検出する機能とを兼備する平板型のタッチパネルである。制御回路１４は、操作検出部１２の動作を制御する。なお、以下の説明では、操作検出部１２を構成する板状または層状の各要素の板面（主面）に平行で相互に直交するＸ方向およびＹ方向と、Ｘ-Ｙ平面に垂直なＺ方向とを便宜的に想定する。操作検出部１２の内部の任意の位置からみてＺ方向の正側が前面側（入力装置１００を操作する利用者にとって手前側）に相当し、当該位置からみてＺ方向の負側が背面側（利用者にとって奥側）に相当する。

図２は、図１におけるII-II線の断面図である。図１および図２に示すように、操作検出部１２は、表示体２０と検出体３０と保護基板４０と複数（２個）の振動体５０（５０A，５０B）とを含んで構成される。表示体２０の前面側に検出体３０が設置され、検出体３０の前面側に保護基板４０が設置される。したがって、表示体２０と保護基板４０との間隙内に検出体３０が介在する。以上のように表示体２０や検出体３０の前面側に保護基板４０を配置した構成によれば、物体の衝突や外力の作用から表示体２０や検出体３０が保護されるという利点がある。

表示体２０は、表示パネル２２と照明体２４とを含んで構成される。図２に示すように、表示パネル２２は、相対向する状態で接合された光透過性の第１基板２６１と第２基板２６２との間隙内に液晶（図示略）を封止した構造の液晶パネルである。図１に示すように、電極間に液晶を介在させた構造の複数の液晶素子（画素）ＥAが、Ｘ方向およびＹ方向にわたって表示領域ＤA内に行列状に配列される。照明体２４は、表示パネル２２の背面側に配置された平板型の面光源（バックライト）である。照明体２４からの出射光の透過率を液晶素子ＥA毎に可変に制御することで表示領域ＤA内に所望の画像が表示される。なお、表示パネル２２の両面に貼付される偏光板等の要素の図示は便宜的に省略されている。

検出体３０は、被検出物の接近を検出する光透過性のセンサーであり、図１に示すように、Ｘ方向およびＹ方向にわたって検出領域ＤB内に行列状に配列された複数の検出素子ＥBを含んで平板型に構成される。表示領域ＤAと検出領域ＤBとが平面視で（すなわちＺ方向からみて）相互に重なるように、検出体３０は、図２の接着層６２（例えば接着剤や両面テープ）で表示体２０の前面側に固定される。検出体３０による被検出物の検出の方式は任意であるが、例えば静電容量方式が好適に採用される。静電容量方式の検出体３０は、図２に例示するように、矩形状に形成された光透過性の検出基板３２と、光透過性の導電材料で検出基板３２の前面側の表面（保護基板４０との対向面）に行列状に形成された複数の検出電極３４とを含んで構成される。検出電極３４は検出素子ＥBを構成する。

保護基板４０は、表示体２０や検出体３０を保護する矩形状の基板である。例えば硝子製や樹脂製の光透過性の板状部材が保護基板４０として好適に採用される。図２に示すように、保護基板４０は、検出体３０の検出基板３２の前面側の表面（検出電極３４の形成面）に接着層６４（例えば接着剤や両面テープ）で固定される。被検出物は保護基板４０の前面側の表面（以下「操作面」という）４０Aに接触する。操作面４０Aに対する被検出物の接近または接触で変化する各検出電極３４の静電容量を示す検出信号ＳAが検出体３０から制御回路１４に出力される。図１および図２に示すように、保護基板４０は、表示体２０や検出体３０と比較して外形寸法が大きく、検出体３０の周縁から張出す矩形枠状の張出部４２（平面視で検出体３０と重ならない部分）を含んで構成される。

保護基板４０の操作面４０Aには遮光層７０が形成される。遮光層７０は、表示体２０の表示領域ＤAと検出体３０の検出領域ＤBとに対応する矩形状の開口部７２が形成された遮光性の膜体である。表示領域ＤAや検出領域ＤBは張出部４２の内周縁の内側に位置するから、張出部４２は全域にわたって遮光層７０と重なる。

各振動体５０（５０A，５０B）は、制御回路１４による制御に応じて振動する。各振動体５０は、図１および図２に示すように、保護基板４０の張出部４２のうち操作面４０Aとは反対側の表面（すなわち保護基板４０の背面側の表面）４０Bに固定される。したがって、各振動体５０は遮光層７０の背面側に位置する。保護基板４０に対する振動体５０の固定には、例えば図２の接着層６６（例えば接着剤や両面テープ）が利用される。

各振動体５０は、保護基板４０の各縁辺に沿って延在する長尺状に形成される。具体的には、図１および図２に示すように、振動体５０Aは、保護基板４０の長辺４４Aに沿ってＹ方向に延在し、振動体５０Bは、長辺４４Aに相対する長辺４４Bに沿ってＹ方向に延在する。すなわち、各振動体５０は、保護基板４０の表面４０Bに、検出体３０を挟んで相互に平行に配置される。

図２に示すように、本実施形態の各振動体５０（５０A，５０B）は、圧電体５２と駆動電極５４とを含んで構成される圧電素子である。圧電体５２は、圧電材料の単層または積層で形成され、電圧の印加で変形（振動）する。例えば酸化亜鉛（Zn0）やチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）等の圧電材料で圧電体５２は形成される。駆動電極５４は、圧電体５２のうち保護基板４０とは反対側（背面側）の表面に形成され、圧電体５２に電圧を印加する正極と負極とを含んで構成される。各振動体５０の駆動電極５４は、図２の配線基板１６（例えば可撓性の配線基板）を介して制御回路１４に電気的に接続される。

図１の制御回路１４は、検出体３０から供給される検出信号ＳAに応じて操作面４０Aに対する被検出物の接触の有無および位置を随時に検出する。操作面４０Aに対する被検出物の接触を検出すると、制御回路１４は、配線基板１６を介して各振動体５０の駆動電極５４に駆動信号ＳBを供給する。各振動体５０の圧電体５２は、駆動電極５４に供給される駆動信号ＳBの電圧に応じて振動し、圧電体５２の振動は、被検出物（利用者の手指）が接触している保護基板４０の操作面４０Aに伝播する。したがって、保護基板４０の操作面４０Aに接触している利用者は、自身の操作に対する操作感（クリック感）を知覚する。

以上の形態では、利用者が操作時に接触する保護基板４０に振動体５０が固定されるから、振動体５０を検出体３０（検出基板３２）に固定した構成と比較して、充分な強度の振動（操作感）を利用者に知覚させることが可能である。あるいは、所期の強度の振動を利用者に知覚させるために必要な振動体５０の変形量や印加電圧が、振動体５０を検出体３０に固定した構成と比較して削減されるから、振動体５０の小型化や消費電力の削減を容易に実現できる。

保護基板４０のうち検出体３０や表示体２０が設置される表面４０Bに振動体５０が固定されるから、例えば振動体５０を操作面４０Aに固定した構成（例えば後掲の図７の構成）と比較して操作検出部１２が薄型化されるという利点がある。また、遮光層７０の背面側に振動体５０が固定されるから、利用者は振動体５０を視認できない。したがって、振動体５０が利用者に視認される構成（例えば操作面４０Aに振動体５０を固定した構成）と比較して、意匠性（外観上の審美性）の低下を抑制することが可能である。なお、保護基板４０の背面側の表面４０Bに遮光層７０を形成した構成や遮光層７０を省略した構成も採用され得る。

保護基板４０のうち相対する縁辺に沿うように各振動体５０が配置されるから、例えば保護基板４０の１辺のみに振動体５０を形成した場合と比較すると、検出領域ＤB（操作面４０A）の全域にわたって保護基板４０の振動の強度（振幅）を均一化することが可能である。しかも、各振動体５０は保護基板４０の長辺（４４A，４４B）に沿って形成されるから、保護基板４０の短辺に沿って振動体５０を形成する場合（例えば後掲の図４の構成）と比較して、振動体５０が配置される面積を充分に確保できる。したがって、保護基板４０の短辺に振動体５０を形成する場合（すなわち振動体５０の面積が制約される場合）と比較すると、所望の強度の振動を発生し得る振動体５０を配置し易いという利点もある。

＜Ｂ：第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。以下の各例示において作用や機能が第１実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

図３は、第２実施形態に係る操作検出部１２Aの断面図である。第２実施形態の操作検出部１２Aは、第１実施形態の操作検出部１２の表示パネル２２および検出体３０を検出体（表示体）２８に置換した構造である。検出体２８は、画像を表示する表示パネル２２の機能と被検出物を検出する検出体３０の機能とを兼備する液晶パネル（タッチパネル内蔵型）である。具体的には、検出体２８は、相対向する状態で接合された光透過性の第１基板２８１と第２基板２８２との間隙内に液晶（図示略）を封止して構成される。検出素子ＥBを構成する光透過性の検出電極（図３では図示略）が、第１基板２８１と第２基板２８２との間隙内に液晶素子ＥAとともに形成され、各検出素子ＥBの静電容量の変化に応じた検出信号ＳAが制御回路１４に供給される。検出体２８の第１基板２８１の前面側の表面に接着層６４で保護基板４０が固定される。保護基板４０および各振動体５０の構造は第１実施形態と同様である。

以上の形態でも第１実施形態と同様の効果が実現される。また、検出体２８が第１実施形態の表示パネル２２の機能と検出体３０の機能とを兼備するから、第１実施形態と比較して操作検出部１２Aの薄型化が容易であるという利点もある。

＜Ｃ：変形例＞
以上の形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は適宜に併合され得る。

（１）変形例１
以上の各形態では、保護基板４０の各長辺に沿う形状に各振動体５０を形成したが、振動体５０の（５０A，５０B）形状や位置は適宜に変更される。例えば、図４に示すように保護基板４０の背面側の表面４０Bの各短辺に沿って振動体５０を配置した構成や、図５に示すように保護基板４０の四辺（長辺および短辺）に沿うように振動体５０を配置した構成が採用され得る。また、図６に示すように保護基板４０の側端面に振動体５０（５０A，５０B）を配置した構成や、図７に示すように保護基板４０の操作面４０Aに振動体５０（５０A，５０B）を配置した構成も採用され得る。１個の振動体５０のみを保護基板４０に固定した構成も採用される。

（２）変形例２
振動体５０と制御回路１４とを電気的に接続する構造は適宜に変更される。例えば図８に示すように、圧電体５２のうち保護基板４０との対向面に駆動電極５４を形成する場合、保護基板４０の背面側の表面４０Bに形成された配線１８に振動体５０（駆動電極５４）と配線基板１６とを導通させた構成が好適である。すなわち、振動体５０の駆動電極５４は、保護基板４０の表面４０Bの配線１８と配線基板１６とを介して制御回路１４に電気的に接続される。配線１８は、例えばITO（Indium Tin Oxide）等の光透過性の導電材料で形成される。また、以上の各形態では検出信号ＳAを取得する機能と駆動信号ＳBを出力する機能とを兼備する制御回路１４を例示したが、検出信号ＳAを取得する回路（検出回路）と駆動信号ＳBを出力する回路（振動体５０の駆動回路）とを別個に設置した構成も採用され得る。

（３）変形例３
振動体５０の形態は任意である。例えば、圧電体５２の両面に駆動電極５４（正極および負極）を形成した圧電素子が振動体５０として採用され得る。また、振動体５０は圧電素子に限定されない。例えば、モータの回転軸に錘を偏心して固定した振動体や、磁界中のコイルに対する電流の供給で振動を発生する振動体も、保護基板４０に対する振動の付与に利用され得る。

（４）変形例４
検出体３０の構成は適宜に変更される。例えば、検出基板３２の背面側の表面（表示体２０との対向面）に複数の検出電極３４を形成した構成が採用され得る。また、検出基板３２の検出領域ＤB（前面側または背面側）の全域にわたって光透過性の検出電極を形成し、検出電極の隅部（四隅）から検出される電流の相対比に応じて被検出物の接触の有無や位置を特定する構成（表面型）の検出体も採用され得る。また、静電容量方式以外の方式（例えば抵抗膜方式，赤外線方式，超音波方式等）で被検出物を検出する構成にも本発明を適用することが可能である。

（５）変形例５
以上の各形態における表示パネル２２（表示体２０）は液晶パネルに限定されない。例えば、有機ＥＬ（Electroluminescence）素子などの発光素子を行列状に配列した発光装置も表示パネルとして採用され得る。以上の説明から理解されるように、以上の各例示における表示パネルは、電界の印加や電流の供給などの電気的な作用に応じて透過率や輝度などの光学的な特性が変化する電気光学素子（液晶素子ＥAや発光素子）を利用して画像を表示する要素として包括される。なお、自発光型の電気光学素子を利用した構成では照明体２４が省略される。

＜Ｄ：応用例＞
以上に例示した入力装置１００は各種の電子機器に利用され得る。図９から図１１には、入力装置１００を採用した電子機器の具体的な形態が例示されている。

図９は、入力装置１００を採用した可搬型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ２０００は、画像を表示するとともに操作面４０Aに対する被検出物の接触を検出する入力装置１００と、電源スイッチ２００１やキーボード２００２が設置された本体部２０１０とを具備する。

図１０は、入力装置１００を適用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２と、画像を表示するとともに操作面４０Aに対する被検出物の接触を検出する入力装置１００とを備える。入力装置１００の操作面４０Aやスクロールボタン３００２が操作されると、入力装置１００に表示される画面がスクロールされる。

図１１は、入力装置１００を適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す斜視図である。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２と、画像を表示するとともに操作面４０Aに対する被検出物の接触を検出する入力装置１００とを備える。入力装置１００の操作面４０Aや電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳等の情報が入力装置１００に表示される。

なお、本発明に係る入力装置１００が適用される電子機器としては、図９から図１１に例示した機器のほか、プロジェクタ，デジタルスチルカメラ，テレビ，ビデオカメラ，カーナビゲーション装置，車載用の表示器（インパネ），電子手帳，電子ペーパー，電卓，ワードプロセッサ，ワークステーション，テレビ電話，ＰＯＳ端末，プリンタ，スキャナ，複写機，ビデオプレーヤ，タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。

１００……入力装置、１２，１２A……操作検出部、１４……制御回路、２０……表示体、２２……表示パネル、２４……照明体、２６１……第１基板、２６２……第２基板、３０……検出体、３２……検出基板、３４……検出電極、４０……保護基板、４０A……操作面、４２……張出部、５０（５０A，５０B）……振動体、５２……圧電体、５４……駆動電極、ＤA……表示領域、ＤB……検出領域、ＥA……液晶素子、ＥB……検出素子、ＳA……検出信号、ＳB……駆動信号。

Claims (8)

1. 被検出物が接触する操作面を有する保護基板と、
   前記保護基板の前記操作面とは反対側の表面に対向する検出基板に検出電極が形成された検出体と、
   前記保護基板に固定されるとともに前記操作面に対する前記被検出物の接触時に振動する振動体と
   を具備することを特徴とする入力装置。
2. 前記保護基板は、前記検出体の周縁から張出す張出部を含み、
   前記振動体は、前記張出部に固定される
   ことを特徴とする請求項１の入力装置。
3. 前記振動体は、前記張出部のうち前記操作面とは反対側の表面に固定される
   ことを特徴とする請求項２の入力装置。
4. 前記張出部の表面に形成された遮光層
   を具備する請求項２または請求項３の入力装置。
5. 前記振動体は、前記保護基板の縁辺に沿う長尺状に形成される
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかの入力装置。
6. 前記保護基板のうち相対する各縁辺に沿う長尺状に各々が形成された複数の前記振動体を具備する
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかの入力装置。
7. 前記検出体を挟んで前記保護基板とは反対側に設置されて画像を表示する表示体
   を具備することを特徴とする請求項１から請求項６の何れかの入力装置。
8. 請求項１から請求項７の何れかの入力装置を具備することを特徴とする電子機器。
   

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