JP3939558B2 - 入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯電話などの携帯用電子機器の入力装置に関し、特に、キートップ（操作部）を押圧操作したときに、その押圧操作した位置を入力可能な入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の入力装置は、図１５に示すように、プリント基板８１、抵抗体８２、導電体８３、シリコンラバー８４、キートップ８５、上ケース８６から構成されている。
プリント基板８１には、カーボンなどからなる環状の抵抗体８２が印刷形成されている。この抵抗体８２には、図１６に示すように、９０度間隔で順に、銀などからなる電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが形成されている。
抵抗体８２に対向して、図１７に示すように、銀などからなる環状の導電体８３がシリコンラバー８４に形成されている。
このシリコンラバー８４は、弾性力があり、力が加わると加わった方向に撓み、加わった力が解除されると元の形状に復元する。また、このシリコンラバー８４は、キートップ８５の中央部に保持されている。
キートップ８５は、シリコンラバー８４の弾性力によって、上方に付勢され、上ケース８６の下部によって、上方への移動が規制されている。
【０００３】
この入力装置は、初期状態においては、図１５のように、抵抗体８２と導電体８３とは、間隔を空けて対峙するようになっている。
この状態で、キートップ８５の外周部を下方に押圧すると、キートップ８５が傾斜し、シリコンラバー８４を下方に押圧する。そしてシリコンラバー８４が撓み、導電体８３が抵抗体８２と接触する。
また、キートップ８５に加えていた荷重を解放すると、キートップ８５は、シリコンラバー８４の復元力により、元の位置に戻り、抵抗体８２と導電体８３とは、間隔を空けて対峙するようになっている。
【０００４】
このキートップ８５の操作された位置を検出する回路は、図１８に示すように、４つの電極Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄを有する抵抗体８２と導電体８３と制御部（ＣＰＵ）８７から構成されている。
制御部８７は、電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに駆動電圧を供給する４つの電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤと、アナログ電圧が入力されるアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄとを有している。
このアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄは導電体８３に接続されている。
【０００５】
そして、制御部８７の動作は、
（１）電圧出力端子ＯＵＴＡにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力して、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧を監視し、アナログ電圧が出力されたらその電圧値によってＹ座標値を検出する。
（２）電圧出力端子ＯＵＴＢにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＤにローレベルの電圧を出力して、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値を監視し、アナログ電圧が出力されたらその電圧値によってＸ座標値を検出する。
以上の２通りの動作を常時繰り返し、ＸＹ座標が検出されたら、その検出結果のＸＹ座標値を出力するようになっている。
【０００６】
初期状態において、抵抗体８２と導電体８３とが間隔を空けて対峙している状態では、抵抗体８２のどの電極に電圧を印加しても、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄには、電圧が入力されない。
この状態で、キートップ８５を押圧し、シリコンラバー８４が撓み、例えば、抵抗体８２の電極Ａ、Ｂ間のＶ点と導電体８３とを接触させると、抵抗体８２と導電体８３とが導通する。
このとき、制御部８７が、電圧出力端子ＯＵＴＡにハイレベルの電圧を出力し、電圧出力端子ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力すると、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄには、Ａ−Ｃ間の電圧をＡ−Ｖ間とＶ−Ｃ間との距離（又は中心角）の比によって分圧されたＶ点での電圧値が入力される。
そして、制御部８７は、アナログ電圧が入力されたので、その電圧値を得て、その電圧値からＶ点のＹ座標値を検出する。
同様に、電圧出力端子ＯＵＴＢにハイレベルの電圧を出力し、出力端子ＯＵＴＤにローレベルの電圧を出力すると、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄには、Ｂ−Ｄ間をＢ−Ｖ間とＶ−Ｄ間で分圧したＶ点での電圧値が入力され、その電圧値によってＶ点のＸ座標値を検出する。
このようにしてこの入力装置は、キートップ８５の操作されたＸＹ位置を検出し、次段に出力している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような入力装置では以下のような問題が発生していた。
【０００８】
プリント基板８１に印刷された抵抗体８２を使用しているので、抵抗体８２が摩滅したり汚れたりして、抵抗値が変化して信頼性が低く、寿命も短い。
シリコンラバー８４に直接形成された導電体８３を使用しているので、導電体８３が磨耗したり、汚れたり、弾性変形の影響を受けたりして、さらに寿命が短かくなる。
シリコンラバー８４を撓ませて、抵抗体８２と導電体８３を接触させて位置を入力するので、使用者には、接触したかどうか触覚ではわかりにくく、誤操作しやすい。
【０００９】
さらに、キートップ８５の操作された位置を検出する回路では、制御部８７は、常に２つの電圧出力端子間に抵抗体を介して電圧を印加して電流が流れているので、常時電力が消費され、電子機器の連続して使用できる時間が短い。
操作された位置の検出を、半周（１８０度）単位（電極Ａ−Ｃ間、Ｂ−Ｄ間）で検出しているので、例えば、８ビットのＡ／Ｄ変換では、全周（３６０度）を５１２分割しかできず精度（分解能）が悪い。
キートップ８５を強く押圧したときには、導電体８３と抵抗体８２とが面接触するために抵抗体８２の電極間の抵抗値が変化し、検出誤差が生じる。
同時に２か所以上導電体８３と抵抗体８２とが接触すると、大電流が流れたり、予期しない位置を検出してしまう。
キートップ８５の押圧された力の強さ（Ｚ方向）が検出できない。
【００１０】
本発明は、前述したような問題点に鑑みてなされたもので、信頼性が高く、長寿命で、誤操作しにくく、電力消費の少なく、精度（分解能）がよく、検出誤差が少なく、同時に２箇所が接触しても誤動作せず、押圧された力の強さが検出できるような、少なくても上記の１つを改善した入力装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための解決手段として本発明の入力装置は、９０度間隔で順に第１〜第４の電極が設けられた環状の抵抗体が上面に形成された下シートと、前記下シートと間隔を持って載置され、下面に前記抵抗体の一部に接触可能な環状の導電体が形成された上シートと、前記上シートの表面に当接する凸状の弾性体が形成され、この弾性体の中央部が前記導電体の環状の中心に配置された操作部とを有し、前記導電体からアナログ電圧を出力する入力部、および、前記第１〜第４の電極に駆動電圧を供給するための第１〜第４の電圧出力端子と、前記アナログ電圧を入力する第１のアナログ電圧入力端子とを有し、前記アナログ電圧入力端子に入力されたアナログ電圧値を演算処理して前記抵抗体と前記導電体との接触位置を検出する制御部を備え、前記操作部を下方に操作することにより、前記操作部を傾斜させ、前記弾性体を撓ませて、前記抵抗体と前記導電体とを接触させ、前記操作部の操作位置を検出するような構成とした。
【００１２】
この構成とすることにより、抵抗体と導電体とが上下のフィルム内だけで構成されているので、一体に形成でき、コストダウンができると共に、汚れたり、腐食したりしにくく、信頼性が高く、長寿命である。
【００１３】
また、前記制御部には、前記導電体を所定電圧にプルアップするためのプルアップ端子が設けられ、前記制御部は、前記第１〜第４の電圧出力端子をローレベルとし、前記プルアップ端子を前記所定電圧にする第１のモード、又は、前記第１〜第４の電圧出力端子のうちのいずれか２つの端子間に電圧を出力すると共に前記プルアップ端子をローレベルとする第２のモードに切り替えられるように構成し、前記第１のモードのとき、前記第１のアナログ電圧入力端子に入力される電圧が変化したときに前記第２のモードに切り替わり、前記第２のモードのとき、前記第１のアナログ電圧入力端子に入力される電圧が一定時間変化しないときに前記第１のモードに切り替わるように構成した。
【００１４】
この構成とすることにより、制御部は、操作部が一定時間操作されていないときには第１のモードになり、抵抗体に電圧を印加しないので、電力の消費を少なくできる。
【００１５】
また、前記制御部は、前記第１の電圧出力端子と前記第２の電圧出力端子との間、前記第２の電圧出力端子と前記第３の電圧出力端子との間、前記第３の電圧出力端子と前記第４の電圧出力端子との間、前記第４の電圧出力端子と前記第１の電圧出力端子との間、に順に電圧を印加して前記操作部の操作位置を検出するようにした。
この構成とすることにより、１／４周（９０度）に対して電圧を印加するので、１／２周（１８０度）に対して電圧を印加する場合よりも、デジタル変換したときの精度が良くなる。
【００１６】
また、前記制御部には、第５の電圧出力端子、第２のアナログ入力端子を設け、前記第２のアナログ電圧入力端子と前記第１の電圧出力端子とを接続するとともに、前記第５の電圧出力端子と前記第１の電極とを第１の抵抗を介して接続し、前記制御部は、前記第５の電圧出力端子と前記第３の電圧出力端子との間に電圧を印加し、前記第２のアナログ電圧入力端子に入力されるアナログ電圧値の変化によって、前記操作部の操作された強さを検出するようにした。
この構成とすることにより、操作部の押圧操作された力の強さに対応して、カーソルの移動速度を速くするなどできるので、使用者に使いやすくすることができる。
【００１７】
また、前記制御部には、第６の電圧出力端子、第３のアナログ入力端子を設け、前記第３のアナログ電圧入力端子と前記第４の電圧出力端子とを接続するとともに、前記第６の電圧出力端子と前記第４の電極とを第２の抵抗を介して接続し、前記制御部は、前記第２のアナログ電圧入力端子、又は、前記第５の電圧出力端子と前記第３の電圧出力端子との間に電圧を印加したときの前記第３のアナログ電圧入力端子に入力されたアナログ電圧値が所定範囲以外のときには、前記第１の電圧出力端子と第３の電圧出力端子の間、及び、前記第２の電圧出力端子と第４の電圧出力端子の間に電圧を印加しないようにした。
この構成とすることにより、抵抗体の抵抗値が所定範囲より小さくなったときには、直接抵抗体に電圧を印加しないので、同時に２箇所以上で接触しても大電流が流れることがなくなり、高寿命となる。
【００１８】
また、前記制御部は、前記操作部の操作位置の検出をしたときは、前記操作位置の両側の電極に駆動電圧を供給する電圧出力端子をローレベルにすると共に、他の電極に駆動電圧を供給する電圧出力端子をハイレベルにし、前記第１のアナログ電圧入力端子に電圧が入力されたときには、前記操作位置を無効と判断するようにした。
この構成とすることにより、抵抗体と導電体が同時に２箇所以上で接触したときは、検出した位置データを無効とするので、予期しない位置データを出力しなくなる。
【００１９】
また、前記操作部の外周部の下方に９０度間隔に押圧部を設け、前記各押圧部にそれぞれ対向して、前記上シート上にドーム状の金属からなるメタルドームを設け、前記操作部を下方に操作することにより、前記押圧部が降下して、前記メタルドームを弾性変形させるようにした。
この構成とすることにより、操作部を操作したときに、操作者にクリック感が伝わり、操作の確認ができるので、確実に操作することができる。
【００２０】
また、前記各メタルドームにそれぞれ対向して、前記下シートと前記上シートとの間にスイッチ要素を設け、前記メタルドームが弾性変形したときに、前記スイッチ要素がオンになるようにした。
この構成とすることにより、操作部を操作したときに、同時にスイッチ入力されるので、１度の操作で２つの入力ができ、使いやすい制御をさせることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の入力装置を図１〜図１４に基づいて説明する。
【００２２】
最初に、本発明の入力装置の第１の実施の形態は、図１〜図３に示すように、下シート１１と、上シート１２などからなる入力部と後述する制御部とから構成されている。
下シート１１の上面には、カーボンなどからなる環状の抵抗体１３が印刷形成されている。図２に示すように、抵抗体１３には、９０度間隔で順に、銀などからなる電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが形成されている。また、上シート１２の下面には、抵抗体１３に対向して銀などからなる、図３に示すように、環状の導電体１４が印刷形成されている。
そして、下シート１１と上シート１２とは、スペーサ１５を介して間隔を空けて接着されている。
【００２３】
この上シート１２の上方には、弾性体であるシリコンラバー１６が載置されている。このシリコンラバー１６は、下方に丸みを持った形状で、中央部が、導電体１４の中空部内に配置されている。
そして、シリコンラバー１６の上方は、キートップ１７（操作部）の中央部に保持され、キートップ１７は、シリコンラバー１６の弾性力によって上方に付勢され、上ケース１８によって、上方への移動が規制されている。
【００２４】
このキートップ１７の外周部の下部には、９０度間隔で上下左右に押圧部１９が形成されている。
この押圧部１９に対向して、下シート１１の上面には下部接点２０が配置され、上シート１２の下面には上部接点２１が配置され、上シート１２の上面にドーム状の薄い金属からなるメタルドーム２２が配置されていて、この下部接点２０と上部接点２１とで１組のスイッチ要素を構成している。
【００２５】
この入力装置は、初期状態においては、図１に示すように、抵抗体１３と導電体１４とは、間隔を空けて対峙するようになっている。
この状態において、キートップ１７の外周部を下方に押圧操作すると、キートップ１７が傾斜し、シリコンラバー１６を下方に押圧する。
するとシリコンラバー１６が撓み、上シート１２を下方に押圧し、下シート１１の抵抗体１３と上シート１２の導電体１４とが接触する。
また、キートップ１７が傾斜し、キートップ１７の押圧部１９が降下することにより、メタルドーム２２が押圧部１９に押圧されて弾性変形し、下シート１１の下部接点２０と上シート１２の上部接点２１とが接触することにより、下部接点２０と上部接点２１とが導通する。
【００２６】
そして、キートップ１７に加えていた荷重を解放すると、キートップ１７は、シリコンラバー１６の復元力により、元の位置に戻り、抵抗体１３と導電体１４とは非接触となり、また、メタルドーム２２は自身の復元力により元の形状に戻り、下部接点２０と上部接点２１とは非導通になる。
【００２７】
ここで、メタルドーム２２が弾性変形したとき、及び復元するときには、ユーザーにクリック感が伝わり、キー操作の確認になる。
また、抵抗体１３と導電体１４、下部接点２０と上部接点２１は、上下シート１１、１２内で構成されているので、汚れたり、腐食したりしにくく、信頼性が高く、長寿命である。
【００２８】
図４は、この入力装置のキートップ１７の操作された位置を検出する第１の回路の回路図である。この検出回路は、４つの電極Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄを有する抵抗体１３と導電体１４とからなる入力部と、制御部（ＣＰＵ）２３から構成されている。
制御部２３は、電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに駆動電圧を供給する４つの電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤと、アナログ電圧が入力されるアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄと、導電体１４をプルアップするためのプルアップ端子ＯＵＴ１を有している。
このアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄは，導電体１４に接続され、プルアップ端子ＯＵＴ１は、プルアップ抵抗Ｒを介して導電体１４に接続されている。
【００２９】
また、制御部２３は、電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤにローレベルの電圧を出力し、プルアップ端子ＯＵＴ１にハイレベルの信号を出力するストップモード（第１のモード）と、電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤのうちのいずれか１端子にハイレベルの電圧を出力し、他の３端子のうちの少なくとも１端子にローレベルの電圧を出力する通常モード（第２のモード）に切り替えることができる。
そして制御部２３は、ストップモードのとき、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力された電圧が変化したときに通常モードに切り替わり、通常モードのとき、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されたアナログ電圧値が一定時間変化しないときにストップモードに切り替わるように構成されている。
【００３０】
この制御部２３は、電源がオンされると、最初は、電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤにローレベルの電圧を出力し、プルアップ端子ＯＵＴ１にハイレベルの電圧を出力する。
そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力される電圧が変化するまで、他の動作を停止し待機するストップモードになる。
このとき、この検出回路は、図５に示す等価回路になり、この状態においては、導電体１４と抵抗体１３との間隔が空いて非導通となっているので、プルアップ端子ＯＵＴ１からのハイレベルの電圧（図５においては、Ｖｃｃ）はほとんど消費されない。したがって、この状態では、ほとんど電力を消費しないモードになっている。
【００３１】
この状態において、キートップ１７が押圧されて傾き、抵抗体１３と導電体１４とが接触すると、プルアップ端子ＯＵＴ１から出力されるハイレベルの電圧（Ｖｃｃ）は、プルアップ抵抗Ｒ、導電体１４、抵抗体１３を介して、ローレベルの電圧に落ちるので、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力される電圧が変化（降下）する。
【００３２】
そして、制御部２３は、このアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力される電圧が変化すると、プルアップ端子ＯＵＴ１からのハイレベルの電圧の出力を止めてオープン又はローレベルにし、電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤのうちのいずれか１端子にハイレベルの電圧を出力し、他の３端子のうちの少なくとも１端子にローレベルの電圧を出力する通常モードになる。
【００３３】
このとき、この検出回路は、図６に示す等価回路になる。
この通常モードの時の制御部２３の動作は、
（１）電圧出力端子ＯＵＴＡにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤにローレベルの電圧を出力して、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値を得る。
（２）電圧出力端子ＯＵＴＢにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤ，ＯＵＴＡにローレベルの電圧を出力して、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値を得る。
（３）電圧出力端子ＯＵＴＣにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＤ、ＯＵＴＡ，ＯＵＴＢにローレベルの電圧を出力して、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値を得る。
（４）電圧出力端子ＯＵＴＤにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力して、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値を得る。
以上の４通りの動作を順に繰り返して行っている。
【００３４】
上記の繰り返しの中で、例えば図６において、Ｖ点で導電体１４と抵抗体１３とが接触したとすると、電圧出力端子ＯＵＴＡにハイレベルの電圧を出力したとき（１）と、電圧出力端子ＯＵＴＢにハイレベルの電圧を出力したとき（２）に、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値がローレベルでなくなる。
このことにより、制御部２３は、電極Ａ−Ｂ間で接触があったことを感知し、得られたアナログ電圧値から、Ａ−Ｂ間とＶ−Ｂ間の距離の比が求まるので、Ｖ点のＸＹ座標値を算出することができる。
【００３５】
また、導電体１４と抵抗体１３とが接触せず、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値が一定時間変化のないときには、制御部２３は、省電力のストップモードに切り替わり電力消費を低減する。
【００３６】
このようにして、制御部２３は、電力消費を低減しながら、キートップ１７の操作された位置を検出している。
また、電極Ａ−Ｂ間、電極Ｂ−Ｃ間、電極Ｃ−Ｄ間、電極Ｄ−Ａ間の１／４周（９０度）に対して電圧を印加し、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されたアナログ電圧値をデジタル変換しているので、例えば８ビットのＡ／Ｄ変換では、全周（３６０度）では、１０２４分割可能となり、精度（分解能）が良くなっている。
【００３７】
図７は、この入力装置のキートップ１７の操作された位置を検出する第２の回路の回路図である。この検出回路では、図４に示す回路に比べて、制御部２３に、電圧出力端子ＯＵＴＥ，ＯＵＴＦと、電極Ａに接続されたアナログ入力端子Ａ／Ｄ２，電極Ｄに接続されたアナログ入力端子Ａ／Ｄ３とが設けられ、また、抵抗Ｒ１，Ｒ２が設けられている。
そして、抵抗Ｒ１の一端は、電極Ａに接続されると共に、他端は電圧出力端子ＯＵＴＥに接続され、抵抗Ｒ２の一端は、電極Ｄに接続されると共に、他端は電圧出力端子ＯＵＴＦに接続されている。
【００３８】
この制御部２３の電源をオンしたときからストップモード時の動作は、前述した第１の回路と同様であるので、説明を省略する。
通常モード時の制御部２３の動作は、
（１）電圧出力端子ＯＵＴＡにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力し、他の電圧出力端子はオープンにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１に入力されるアナログ電圧値を得る。
（２）電圧出力端子ＯＵＴＤにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＢにローレベルの電圧を出力し、他の電圧出力端子はオープンにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１に入力されるアナログ電圧値を得る。
（３）電圧出力端子ＯＵＴＥにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力し、他の電圧出力端子はオープンにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ２に入力されるアナログ電圧値を得る。
（４）電圧出力端子ＯＵＴＦにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＢにローレベルの電圧を出力し、他の電圧出力端子はオープンにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ３に入力されるアナログ電圧値を得る。
以上の４通りの動作を繰り返して行っている。
【００３９】
上記の繰り返しの中で、（１）と（２）で得られたアナログ電圧値から、抵抗体１３と導電体１４の接触したＶ点のＸＹ座標値を算出することができる。
また、キートップ１７が強い力で押圧され、抵抗体１３と導電体１４との接触面積が生じると、抵抗体１３の電極間の抵抗値が変化（減少）する。
ここで、抵抗体１３、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の抵抗値が既知であれば、（３）でのアナログ電圧値の変化量から、抵抗体１３の抵抗値の変化量が算出できる。
この抵抗値の変化量から、抵抗体１３と導電体１４の接触面積が算出でき、この接触面積からキートップ１７の押圧された力が検出できる。
なお、この押圧された力は、同様に（４）からも検出できるので、どちらを使用しても良いが、（３）から検出された値と（４）から検出した値の平均値を使用するのが誤差が少なくなるので好ましい。
【００４０】
ところで、図７の検出回路において、抵抗体１３と導電体１４とが同時に２箇所、例えば、電極Ａの近くと電極Ｃの近くで接触すると、（１）のときに、大電流が流れる恐れがある。
ここで、抵抗体１３のＡ−Ｃ間の合成抵抗をＲ（Ω）としたときに、対向する２箇所が短絡したときの合成抵抗の最大値は、Ａ−Ｂ間の中点とＣ−Ｄ間の中点が短絡したときであるから、（３／４）Ｒとなる。
そこで、（３）又は（４）において、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ２またはＡ／Ｄ３に、抵抗体１３の合成抵抗が（３／４）Ｒ以下となる電圧値が入力されたときは、同時に２箇所が接触し、大電流が流れる恐れがあると判断して、（１）と（２）の検出を止め、抵抗体１３のＡ−Ｃ間及びＢ−Ｄ間の合成抵抗が（３／４）Ｒ以上となるまで、（３）と（４）のみを繰り返すようにするとよい。
【００４１】
また、図４及び図７に示す検出回路において、抵抗体１３と導電体１４とが同時に２箇所以上で接触すると、予期せぬ座標値を出力してしまうことがある。
そこで、制御部２３は、図８に示すように、例えば、Ｖ点で接触したと検出したときは、Ｖ点の両側の電極Ａ、Ｂをローレベルにして、他の電極Ｃ，Ｄをハイレベルにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１に入力される電圧値を得る。
アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１に入力される電圧値がローレベルであれば、１カ所だけの接触なので、そのまま検出結果を次段に出力し、ローレベルでなければ、複数箇所接触しているので、Ｖ点の位置データは無効と判断して、検出結果は次段に出力しないようにするとよい。
【００４２】
次に、本発明の入力装置の第２の実施の形態を、図９〜図１４に基づいて説明する。
図中、第１の実施の形態と同一の要素については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本発明の入力装置の第２の実施の形態は、図９に示すように、抵抗体１３に替えて、下シート１１に印刷形成された抵抗体２４を備え、導電体１４に替えて、上シート１２に印刷形成された抵抗体２５を備えている。
この抵抗体２４は、図１０に示すように、１８０度間隔に電極Ａ，Ｃを有し、抵抗体２５は、図１１に示すように、抵抗体２４の電極Ａ，Ｃとそれぞれ９０度異なる位置に電極Ｂ，Ｄを有している。
【００４３】
また、この検出回路は、図１２に示すように、制御部２３は、電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに駆動電圧を供給する４つの電圧出力端子ＯＵＴＡ，ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤと、電極Ａに接続されたアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１と，電極Ｂに接続されたアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ２とを有している。
この制御部２３は、電圧出力端子ＯＵＴＡ，ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力し、電圧出力端子ＯＵＴＢにハイレベルの電圧を出力するストップモード（図１３に等価回路図を示す）と、電極Ａ−Ｃ間又は電極Ｂ−Ｄに電圧を印加する通常モード（図１４に等価回路図を示す）との２つのモードを切り替えることが可能になっている。
そして、ストップモードのときに、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ２に入力される電圧が変化したときに、通常モードになり、通常モードのときに、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１及びＡ／Ｄ２に入力されるアナログ電圧値が、共に一定時間所定のパターンになったときにストップモードになるように構成されている。
【００４４】
制御部２３の電源をオンしたときからストップモード時の動作は、前述した第１の実施の形態の第１の回路と同様であるので、説明を省略する。
制御部２３の通常モード時の動作は、
（１）電圧出力端子ＯＵＴＡにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力し、他の電圧出力端子ＯＵＴＢ，ＯＵＴＤはオープンにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ２に入力されるアナログ電圧値を得る。
（２）電圧出力端子ＯＵＴＢにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＤにローレベルの電圧を出力し、他の電圧出力端子ＯＵＴＡ，ＯＵＴＣはオープンにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１に入力されるアナログ電圧値を得る。
以上の２通りの動作を繰り返して行っている。
【００４５】
この構成としたことで、キートップ１７が強く押圧されて、抵抗体２４と抵抗体２５が面接触を起こしたときには、従来例である導電体８３と抵抗体８２の面接触でなく、抵抗体２４と抵抗体２５の面接触であるので、抵抗体２４及び抵抗体２５の電極間の抵抗値の変化量が従来より、理論上は約１／２となり、従来よりも誤差の少ないアナログ電圧が制御部２３に入力され、この電圧値によって座標値が検出されるので、検出誤差の少ない入力装置になる。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の入力装置は、９０度間隔で順に第１〜第４の電極が設けられた環状の抵抗体が上面に形成された下シートと、前記下シートと間隔を持って載置され、下面に前記抵抗体の一部に接触可能な環状の導電体が形成された上シートと、前記上シートの表面に当接する凸状の弾性体が形成され、この弾性体の中央部が前記導電体の環状の中心に配置された操作部とを有し、前記導電体からアナログ電圧を出力する入力部、および、前記第１〜第４の電極に駆動電圧を供給するための第１〜第４の電圧出力端子と、前記アナログ電圧を入力する第１のアナログ電圧入力端子とを有し、前記アナログ電圧入力端子に入力されたアナログ電圧値を演算処理して前記抵抗体と前記導電体との接触位置を検出する制御部を備え、前記操作部を下方に操作することにより、前記操作部を傾斜させ、前記弾性体を撓ませて、前記抵抗体と前記導電体とを接触させ、前記操作部の操作位置を検出するような構成としたので、抵抗体と導電体とが上下のフィルム内だけで構成されているので、一体に形成でき、コストダウンができると共に、汚れたり、腐食したりしにくく、信頼性が高く、長寿命である。
また、前記制御部には、前記導電体を所定電圧にプルアップするためのプルアップ端子が設けられ、前記制御部は、前記第１〜第４の電圧出力端子をローレベルとし、前記プルアップ端子を前記所定電圧にする第１のモード、又は、前記第１〜第４の電圧出力端子のうちのいずれか２つの端子間に電圧を出力すると共に前記プルアップ端子をローレベルとする第２のモードに切り替えられるように構成し、前記第１のモードのとき、前記第１のアナログ電圧入力端子に入力される電圧が変化したときに前記第２のモードに切り替わり、前記第２のモードのとき、前記第１のアナログ電圧入力端子に入力される電圧が一定時間変化しないときに前記第１のモードに切り替わるように構成したので、制御部は、操作部が一定時間操作されていないときには第１のモードになり、抵抗体に電圧を印加しないので、電力の消費を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の入力装置の第１の実施の形態の断面図である。
【図２】本発明の入力装置の第１の実施の形態の抵抗体の平面図である。
【図３】本発明の入力装置の第１の実施の形態の導電体の平面図である。
【図４】本発明の入力装置の第１の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する第１の回路の回路図である。
【図５】本発明の入力装置の第１の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する第１の回路のストップモード時の等価回路図である。
【図６】本発明の入力装置の第１の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する第１の回路の通常モード時の等価回路図である。
【図７】本発明の入力装置の第１の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する第２の回路の回路図である。
【図８】本発明の入力装置の第１の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する回路の抵抗体と導電体が２箇所で接触していないかを確認する回路図である。
【図９】本発明の入力装置の第２の実施の形態の断面図である。
【図１０】本発明の入力装置の第２の実施の形態の抵抗体の平面図である。
【図１１】本発明の入力装置の第２の実施の形態の抵抗体の平面図である。
【図１２】本発明の入力装置の第２の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する回路の回路図である。
【図１３】本発明の入力装置の第２の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する回路のストップモード時の等価回路図である。
【図１４】本発明の入力装置の第２の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する回路の通常モード時の等価回路図である。
【図１５】従来から提案されている入力装置の断面図である。
【図１６】従来から提案されている入力装置の抵抗体の平面図である。
【図１７】従来から提案されている入力装置の導電体の平面図である。
【図１８】従来から提案されている入力装置のキートップの操作された位置を検出する回路の回路図である。
【符号の説明】
１１ 下シート
１２ 上シート
１３ 抵抗体
１４ 導電体
１５ スペーサ
１６ 弾性体
１７ 操作部
１８ 上ケース
１９ 押圧部
２０ 下部接点
２１ 上部接点
２２ メタルドーム
２３ 制御部（ＣＰＵ）
２４、２５ 抵抗体
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 電極
Ａ／Ｄ１、Ａ／Ｄ２，Ａ／Ｄ３ アナログ電圧入力端子
ＯＵＴ１ プルアップ端子
ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤ、ＯＵＴＥ、ＯＵＴＦ 電圧出力端子
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯電話などの携帯用電子機器の入力装置に関し、特に、キートップ（操作部）を押圧操作したときに、その押圧操作した位置を入力可能な入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の入力装置は、図１５に示すように、プリント基板８１、抵抗体８２、導電体８３、シリコンラバー８４、キートップ８５、上ケース８６から構成されている。
プリント基板８１には、カーボンなどからなる環状の抵抗体８２が印刷形成されている。この抵抗体８２には、図１６に示すように、９０度間隔で順に、銀などからなる電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが形成されている。
抵抗体８２に対向して、図１７に示すように、銀などからなる環状の導電体８３がシリコンラバー８４に形成されている。
このシリコンラバー８４は、弾性力があり、力が加わると加わった方向に撓み、加わった力が解除されると元の形状に復元する。また、このシリコンラバー８４は、キートップ８５の中央部に保持されている。
キートップ８５は、シリコンラバー８４の弾性力によって、上方に付勢され、上ケース８６の下部によって、上方への移動が規制されている。
【０００３】
この入力装置は、初期状態においては、図１５のように、抵抗体８２と導電体８３とは、間隔を空けて対峙するようになっている。
この状態で、キートップ８５の外周部を下方に押圧すると、キートップ８５が傾斜し、シリコンラバー８４を下方に押圧する。そしてシリコンラバー８４が撓み、導電体８３が抵抗体８２と接触する。
また、キートップ８５に加えていた荷重を解放すると、キートップ８５は、シリコンラバー８４の復元力により、元の位置に戻り、抵抗体８２と導電体８３とは、間隔を空けて対峙するようになっている。
【０００４】
このキートップ８５の操作された位置を検出する回路は、図１８に示すように、４つの電極Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄを有する抵抗体８２と導電体８３と制御部（ＣＰＵ）８７から構成されている。
制御部８７は、電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに駆動電圧を供給する４つの電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤと、アナログ電圧が入力されるアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄとを有している。
このアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄは導電体８３に接続されている。
【０００５】
そして、制御部８７の動作は、
（１）電圧出力端子ＯＵＴＡにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力して、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧を監視し、アナログ電圧が出力されたらその電圧値によってＹ座標値を検出する。
（２）電圧出力端子ＯＵＴＢにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＤにローレベルの電圧を出力して、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値を監視し、アナログ電圧が出力されたらその電圧値によってＸ座標値を検出する。
以上の２通りの動作を常時繰り返し、ＸＹ座標が検出されたら、その検出結果のＸＹ座標値を出力するようになっている。
【０００６】
初期状態において、抵抗体８２と導電体８３とが間隔を空けて対峙している状態では、抵抗体８２のどの電極に電圧を印加しても、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄには、電圧が入力されない。
この状態で、キートップ８５を押圧し、シリコンラバー８４が撓み、例えば、抵抗体８２の電極Ａ、Ｂ間のＶ点と導電体８３とを接触させると、抵抗体８２と導電体８３とが導通する。
このとき、制御部８７が、電圧出力端子ＯＵＴＡにハイレベルの電圧を出力し、電圧出力端子ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力すると、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄには、Ａ−Ｃ間の電圧をＡ−Ｖ間とＶ−Ｃ間との距離（又は中心角）の比によって分圧されたＶ点での電圧値が入力される。
そして、制御部８７は、アナログ電圧が入力されたので、その電圧値を得て、その電圧値からＶ点のＹ座標値を検出する。
同様に、電圧出力端子ＯＵＴＢにハイレベルの電圧を出力し、出力端子ＯＵＴＤにローレベルの電圧を出力すると、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄには、Ｂ−Ｄ間をＢ−Ｖ間とＶ−Ｄ間で分圧したＶ点での電圧値が入力され、その電圧値によってＶ点のＸ座標値を検出する。
このようにしてこの入力装置は、キートップ８５の操作されたＸＹ位置を検出し、次段に出力している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような入力装置では以下のような問題が発生していた。
【０００８】
プリント基板８１に印刷された抵抗体８２を使用しているので、抵抗体８２が摩滅したり汚れたりして、抵抗値が変化して信頼性が低く、寿命も短い。
シリコンラバー８４に直接形成された導電体８３を使用しているので、導電体８３が磨耗したり、汚れたり、弾性変形の影響を受けたりして、さらに寿命が短かくなる。
シリコンラバー８４を撓ませて、抵抗体８２と導電体８３を接触させて位置を入力するので、使用者には、接触したかどうか触覚ではわかりにくく、誤操作しやすい。
【０００９】
さらに、キートップ８５の操作された位置を検出する回路では、制御部８７は、常に２つの電圧出力端子間に抵抗体を介して電圧を印加して電流が流れているので、常時電力が消費され、電子機器の連続して使用できる時間が短い。
操作された位置の検出を、半周（１８０度）単位（電極Ａ−Ｃ間、Ｂ−Ｄ間）で検出しているので、例えば、８ビットのＡ／Ｄ変換では、全周（３６０度）を５１２分割しかできず精度（分解能）が悪い。
キートップ８５を強く押圧したときには、導電体８３と抵抗体８２とが面接触するために抵抗体８２の電極間の抵抗値が変化し、検出誤差が生じる。
同時に２か所以上導電体８３と抵抗体８２とが接触すると、大電流が流れたり、予期しない位置を検出してしまう。
キートップ８５の押圧された力の強さ（Ｚ方向）が検出できない。
【００１０】
本発明は、前述したような問題点に鑑みてなされたもので、信頼性が高く、長寿命で、誤操作しにくく、電力消費の少なく、精度（分解能）がよく、検出誤差が少なく、同時に２箇所が接触しても誤動作せず、押圧された力の強さが検出できるような、少なくても上記の１つを改善した入力装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための解決手段として本発明の入力装置は、９０度間隔で順に第１〜第４の電極が設けられた環状の抵抗体が上面に形成された下シートと、前記下シートと間隔を持って載置され、下面に前記抵抗体の一部に接触可能な環状の導電体が形成された上シートと、前記上シートの表面に当接する凸状の弾性体が形成され、この弾性体の中央部が前記導電体の環状の中心に配置された操作部とを有し、前記導電体からアナログ電圧を出力する入力部、および、前記第１〜第４の電極に駆動電圧を供給するための第１〜第４の電圧出力端子と、前記アナログ電圧を入力する第１のアナログ電圧入力端子とを有し、前記アナログ電圧入力端子に入力されたアナログ電圧値を演算処理して前記抵抗体と前記導電体との接触位置を検出する制御部を備え、前記操作部を下方に操作することにより、前記操作部を傾斜させ、前記弾性体を撓ませて、前記抵抗体と前記導電体とを接触させ、前記操作部の操作位置を検出するような構成とした。
【００１２】
この構成とすることにより、抵抗体と導電体とが上下のフィルム内だけで構成されているので、一体に形成でき、コストダウンができると共に、汚れたり、腐食したりしにくく、信頼性が高く、長寿命である。
【００１３】
また、前記制御部には、前記導電体を所定電圧にプルアップするためのプルアップ端子が設けられ、前記制御部は、前記第１〜第４の電圧出力端子をローレベルとし、前記プルアップ端子を前記所定電圧にする第１のモード、又は、前記第１〜第４の電圧出力端子のうちのいずれか２つの端子間に電圧を出力すると共に前記プルアップ端子をローレベルとする第２のモードに切り替えられるように構成し、前記第１のモードのとき、前記第１のアナログ電圧入力端子に入力される電圧が変化したときに前記第２のモードに切り替わり、前記第２のモードのとき、前記第１のアナログ電圧入力端子に入力される電圧が一定時間変化しないときに前記第１のモードに切り替わるように構成した。
【００１４】
この構成とすることにより、制御部は、操作部が一定時間操作されていないときには第１のモードになり、抵抗体に電圧を印加しないので、電力の消費を少なくできる。
【００１５】
また、前記制御部は、前記第１の電圧出力端子と前記第２の電圧出力端子との間、前記第２の電圧出力端子と前記第３の電圧出力端子との間、前記第３の電圧出力端子と前記第４の電圧出力端子との間、前記第４の電圧出力端子と前記第１の電圧出力端子との間、に順に電圧を印加して前記操作部の操作位置を検出するようにした。
この構成とすることにより、１／４周（９０度）に対して電圧を印加するので、１／２周（１８０度）に対して電圧を印加する場合よりも、デジタル変換したときの精度が良くなる。
【００１６】
また、前記制御部には、第５の電圧出力端子、第２のアナログ入力端子を設け、前記第２のアナログ電圧入力端子と前記第１の電圧出力端子とを接続するとともに、前記第５の電圧出力端子と前記第１の電極とを第１の抵抗を介して接続し、前記制御部は、前記第５の電圧出力端子と前記第３の電圧出力端子との間に電圧を印加し、前記第２のアナログ電圧入力端子に入力されるアナログ電圧値の変化によって、前記操作部の操作された強さを検出するようにした。
この構成とすることにより、操作部の押圧操作された力の強さに対応して、カーソルの移動速度を速くするなどできるので、使用者に使いやすくすることができる。
【００１７】
また、前記制御部には、第６の電圧出力端子、第３のアナログ入力端子を設け、前記第３のアナログ電圧入力端子と前記第４の電圧出力端子とを接続するとともに、前記第６の電圧出力端子と前記第４の電極とを第２の抵抗を介して接続し、前記制御部は、前記第２のアナログ電圧入力端子、又は、前記第５の電圧出力端子と前記第３の電圧出力端子との間に電圧を印加したときの前記第３のアナログ電圧入力端子に入力されたアナログ電圧値が所定範囲以外のときには、前記第１の電圧出力端子と第３の電圧出力端子の間、及び、前記第２の電圧出力端子と第４の電圧出力端子の間に電圧を印加しないようにした。
この構成とすることにより、抵抗体の抵抗値が所定範囲より小さくなったときには、直接抵抗体に電圧を印加しないので、同時に２箇所以上で接触しても大電流が流れることがなくなり、高寿命となる。
【００１８】
また、前記制御部は、前記操作部の操作位置の検出をしたときは、前記操作位置の両側の電極に駆動電圧を供給する電圧出力端子をローレベルにすると共に、他の電極に駆動電圧を供給する電圧出力端子をハイレベルにし、前記第１のアナログ電圧入力端子に電圧が入力されたときには、前記操作位置を無効と判断するようにした。
この構成とすることにより、抵抗体と導電体が同時に２箇所以上で接触したときは、検出した位置データを無効とするので、予期しない位置データを出力しなくなる。
【００１９】
また、前記操作部の外周部の下方に９０度間隔に押圧部を設け、前記各押圧部にそれぞれ対向して、前記上シート上にドーム状の金属からなるメタルドームを設け、前記操作部を下方に操作することにより、前記押圧部が降下して、前記メタルドームを弾性変形させるようにした。
この構成とすることにより、操作部を操作したときに、操作者にクリック感が伝わり、操作の確認ができるので、確実に操作することができる。
【００２０】
また、前記各メタルドームにそれぞれ対向して、前記下シートと前記上シートとの間にスイッチ要素を設け、前記メタルドームが弾性変形したときに、前記スイッチ要素がオンになるようにした。
この構成とすることにより、操作部を操作したときに、同時にスイッチ入力されるので、１度の操作で２つの入力ができ、使いやすい制御をさせることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の入力装置を図１〜図１４に基づいて説明する。
【００２２】
最初に、本発明の入力装置の第１の実施の形態は、図１〜図３に示すように、下シート１１と、上シート１２などからなる入力部と後述する制御部とから構成されている。
下シート１１の上面には、カーボンなどからなる環状の抵抗体１３が印刷形成されている。図２に示すように、抵抗体１３には、９０度間隔で順に、銀などからなる電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが形成されている。また、上シート１２の下面には、抵抗体１３に対向して銀などからなる、図３に示すように、環状の導電体１４が印刷形成されている。
そして、下シート１１と上シート１２とは、スペーサ１５を介して間隔を空けて接着されている。
【００２３】
この上シート１２の上方には、弾性体であるシリコンラバー１６が載置されている。このシリコンラバー１６は、下方に丸みを持った形状で、中央部が、導電体１４の中空部内に配置されている。
そして、シリコンラバー１６の上方は、キートップ１７（操作部）の中央部に保持され、キートップ１７は、シリコンラバー１６の弾性力によって上方に付勢され、上ケース１８によって、上方への移動が規制されている。
【００２４】
このキートップ１７の外周部の下部には、９０度間隔で上下左右に押圧部１９が形成されている。
この押圧部１９に対向して、下シート１１の上面には下部接点２０が配置され、上シート１２の下面には上部接点２１が配置され、上シート１２の上面にドーム状の薄い金属からなるメタルドーム２２が配置されていて、この下部接点２０と上部接点２１とで１組のスイッチ要素を構成している。
【００２５】
この入力装置は、初期状態においては、図１に示すように、抵抗体１３と導電体１４とは、間隔を空けて対峙するようになっている。
この状態において、キートップ１７の外周部を下方に押圧操作すると、キートップ１７が傾斜し、シリコンラバー１６を下方に押圧する。
するとシリコンラバー１６が撓み、上シート１２を下方に押圧し、下シート１１の抵抗体１３と上シート１２の導電体１４とが接触する。
また、キートップ１７が傾斜し、キートップ１７の押圧部１９が降下することにより、メタルドーム２２が押圧部１９に押圧されて弾性変形し、下シート１１の下部接点２０と上シート１２の上部接点２１とが接触することにより、下部接点２０と上部接点２１とが導通する。
【００２６】
そして、キートップ１７に加えていた荷重を解放すると、キートップ１７は、シリコンラバー１６の復元力により、元の位置に戻り、抵抗体１３と導電体１４とは非接触となり、また、メタルドーム２２は自身の復元力により元の形状に戻り、下部接点２０と上部接点２１とは非導通になる。
【００２７】
ここで、メタルドーム２２が弾性変形したとき、及び復元するときには、ユーザーにクリック感が伝わり、キー操作の確認になる。
また、抵抗体１３と導電体１４、下部接点２０と上部接点２１は、上下シート１１、１２内で構成されているので、汚れたり、腐食したりしにくく、信頼性が高く、長寿命である。
【００２８】
図４は、この入力装置のキートップ１７の操作された位置を検出する第１の回路の回路図である。この検出回路は、４つの電極Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄを有する抵抗体１３と導電体１４とからなる入力部と、制御部（ＣＰＵ）２３から構成されている。
制御部２３は、電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに駆動電圧を供給する４つの電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤと、アナログ電圧が入力されるアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄと、導電体１４をプルアップするためのプルアップ端子ＯＵＴ１を有している。
このアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄは，導電体１４に接続され、プルアップ端子ＯＵＴ１は、プルアップ抵抗Ｒを介して導電体１４に接続されている。
【００２９】
また、制御部２３は、電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤにローレベルの電圧を出力し、プルアップ端子ＯＵＴ１にハイレベルの信号を出力するストップモード（第１のモード）と、電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤのうちのいずれか１端子にハイレベルの電圧を出力し、他の３端子のうちの少なくとも１端子にローレベルの電圧を出力する通常モード（第２のモード）に切り替えることができる。
そして制御部２３は、ストップモードのとき、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力された電圧が変化したときに通常モードに切り替わり、通常モードのとき、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されたアナログ電圧値が一定時間変化しないときにストップモードに切り替わるように構成されている。
【００３０】
この制御部２３は、電源がオンされると、最初は、電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤにローレベルの電圧を出力し、プルアップ端子ＯＵＴ１にハイレベルの電圧を出力する。
そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力される電圧が変化するまで、他の動作を停止し待機するストップモードになる。
このとき、この検出回路は、図５に示す等価回路になり、この状態においては、導電体１４と抵抗体１３との間隔が空いて非導通となっているので、プルアップ端子ＯＵＴ１からのハイレベルの電圧（図５においては、Ｖｃｃ）はほとんど消費されない。したがって、この状態では、ほとんど電力を消費しないモードになっている。
【００３１】
この状態において、キートップ１７が押圧されて傾き、抵抗体１３と導電体１４とが接触すると、プルアップ端子ＯＵＴ１から出力されるハイレベルの電圧（Ｖｃｃ）は、プルアップ抵抗Ｒ、導電体１４、抵抗体１３を介して、ローレベルの電圧に落ちるので、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力される電圧が変化（降下）する。
【００３２】
そして、制御部２３は、このアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力される電圧が変化すると、プルアップ端子ＯＵＴ１からのハイレベルの電圧の出力を止めてオープン又はローレベルにし、電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤのうちのいずれか１端子にハイレベルの電圧を出力し、他の３端子のうちの少なくとも１端子にローレベルの電圧を出力する通常モードになる。
【００３３】
このとき、この検出回路は、図６に示す等価回路になる。
この通常モードの時の制御部２３の動作は、
（１）電圧出力端子ＯＵＴＡにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤにローレベルの電圧を出力して、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値を得る。
（２）電圧出力端子ＯＵＴＢにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤ，ＯＵＴＡにローレベルの電圧を出力して、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値を得る。
（３）電圧出力端子ＯＵＴＣにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＤ、ＯＵＴＡ，ＯＵＴＢにローレベルの電圧を出力して、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値を得る。
（４）電圧出力端子ＯＵＴＤにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力して、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値を得る。
以上の４通りの動作を順に繰り返して行っている。
【００３４】
上記の繰り返しの中で、例えば図６において、Ｖ点で導電体１４と抵抗体１３とが接触したとすると、電圧出力端子ＯＵＴＡにハイレベルの電圧を出力したとき（１）と、電圧出力端子ＯＵＴＢにハイレベルの電圧を出力したとき（２）に、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値がローレベルでなくなる。
このことにより、制御部２３は、電極Ａ−Ｂ間で接触があったことを感知し、得られたアナログ電圧値から、Ａ−Ｂ間とＶ−Ｂ間の距離の比が求まるので、Ｖ点のＸＹ座標値を算出することができる。
【００３５】
また、導電体１４と抵抗体１３とが接触せず、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されるアナログ電圧値が一定時間変化のないときには、制御部２３は、省電力のストップモードに切り替わり電力消費を低減する。
【００３６】
このようにして、制御部２３は、電力消費を低減しながら、キートップ１７の操作された位置を検出している。
また、電極Ａ−Ｂ間、電極Ｂ−Ｃ間、電極Ｃ−Ｄ間、電極Ｄ−Ａ間の１／４周（９０度）に対して電圧を印加し、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄに入力されたアナログ電圧値をデジタル変換しているので、例えば８ビットのＡ／Ｄ変換では、全周（３６０度）では、１０２４分割可能となり、精度（分解能）が良くなっている。
【００３７】
図７は、この入力装置のキートップ１７の操作された位置を検出する第２の回路の回路図である。この検出回路では、図４に示す回路に比べて、制御部２３に、電圧出力端子ＯＵＴＥ，ＯＵＴＦと、電極Ａに接続されたアナログ入力端子Ａ／Ｄ２，電極Ｄに接続されたアナログ入力端子Ａ／Ｄ３とが設けられ、また、抵抗Ｒ１，Ｒ２が設けられている。
そして、抵抗Ｒ１の一端は、電極Ａに接続されると共に、他端は電圧出力端子ＯＵＴＥに接続され、抵抗Ｒ２の一端は、電極Ｄに接続されると共に、他端は電圧出力端子ＯＵＴＦに接続されている。
【００３８】
この制御部２３の電源をオンしたときからストップモード時の動作は、前述した第１の回路と同様であるので、説明を省略する。
通常モード時の制御部２３の動作は、
（１）電圧出力端子ＯＵＴＡにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力し、他の電圧出力端子はオープンにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１に入力されるアナログ電圧値を得る。
（２）電圧出力端子ＯＵＴＤにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＢにローレベルの電圧を出力し、他の電圧出力端子はオープンにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１に入力されるアナログ電圧値を得る。
（３）電圧出力端子ＯＵＴＥにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力し、他の電圧出力端子はオープンにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ２に入力されるアナログ電圧値を得る。
（４）電圧出力端子ＯＵＴＦにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＢにローレベルの電圧を出力し、他の電圧出力端子はオープンにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ３に入力されるアナログ電圧値を得る。
以上の４通りの動作を繰り返して行っている。
【００３９】
上記の繰り返しの中で、（１）と（２）で得られたアナログ電圧値から、抵抗体１３と導電体１４の接触したＶ点のＸＹ座標値を算出することができる。
また、キートップ１７が強い力で押圧され、抵抗体１３と導電体１４との接触面積が生じると、抵抗体１３の電極間の抵抗値が変化（減少）する。
ここで、抵抗体１３、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の抵抗値が既知であれば、（３）でのアナログ電圧値の変化量から、抵抗体１３の抵抗値の変化量が算出できる。
この抵抗値の変化量から、抵抗体１３と導電体１４の接触面積が算出でき、この接触面積からキートップ１７の押圧された力が検出できる。
なお、この押圧された力は、同様に（４）からも検出できるので、どちらを使用しても良いが、（３）から検出された値と（４）から検出した値の平均値を使用するのが誤差が少なくなるので好ましい。
【００４０】
ところで、図７の検出回路において、抵抗体１３と導電体１４とが同時に２箇所、例えば、電極Ａの近くと電極Ｃの近くで接触すると、（１）のときに、大電流が流れる恐れがある。
ここで、抵抗体１３のＡ−Ｃ間の合成抵抗をＲ（Ω）としたときに、対向する２箇所が短絡したときの合成抵抗の最大値は、Ａ−Ｂ間の中点とＣ−Ｄ間の中点が短絡したときであるから、（３／４）Ｒとなる。
そこで、（３）又は（４）において、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ２またはＡ／Ｄ３に、抵抗体１３の合成抵抗が（３／４）Ｒ以下となる電圧値が入力されたときは、同時に２箇所が接触し、大電流が流れる恐れがあると判断して、（１）と（２）の検出を止め、抵抗体１３のＡ−Ｃ間及びＢ−Ｄ間の合成抵抗が（３／４）Ｒ以上となるまで、（３）と（４）のみを繰り返すようにするとよい。
【００４１】
また、図４及び図７に示す検出回路において、抵抗体１３と導電体１４とが同時に２箇所以上で接触すると、予期せぬ座標値を出力してしまうことがある。
そこで、制御部２３は、図８に示すように、例えば、Ｖ点で接触したと検出したときは、Ｖ点の両側の電極Ａ、Ｂをローレベルにして、他の電極Ｃ，Ｄをハイレベルにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１に入力される電圧値を得る。
アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１に入力される電圧値がローレベルであれば、１カ所だけの接触なので、そのまま検出結果を次段に出力し、ローレベルでなければ、複数箇所接触しているので、Ｖ点の位置データは無効と判断して、検出結果は次段に出力しないようにするとよい。
【００４２】
次に、本発明の入力装置の第２の実施の形態を、図９〜図１４に基づいて説明する。
図中、第１の実施の形態と同一の要素については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本発明の入力装置の第２の実施の形態は、図９に示すように、抵抗体１３に替えて、下シート１１に印刷形成された抵抗体２４を備え、導電体１４に替えて、上シート１２に印刷形成された抵抗体２５を備えている。
この抵抗体２４は、図１０に示すように、１８０度間隔に電極Ａ，Ｃを有し、抵抗体２５は、図１１に示すように、抵抗体２４の電極Ａ，Ｃとそれぞれ９０度異なる位置に電極Ｂ，Ｄを有している。
【００４３】
また、この検出回路は、図１２に示すように、制御部２３は、電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに駆動電圧を供給する４つの電圧出力端子ＯＵＴＡ，ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤと、電極Ａに接続されたアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１と，電極Ｂに接続されたアナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ２とを有している。
この制御部２３は、電圧出力端子ＯＵＴＡ，ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力し、電圧出力端子ＯＵＴＢにハイレベルの電圧を出力するストップモード（図１３に等価回路図を示す）と、電極Ａ−Ｃ間又は電極Ｂ−Ｄに電圧を印加する通常モード（図１４に等価回路図を示す）との２つのモードを切り替えることが可能になっている。
そして、ストップモードのときに、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ２に入力される電圧が変化したときに、通常モードになり、通常モードのときに、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１及びＡ／Ｄ２に入力されるアナログ電圧値が、共に一定時間所定のパターンになったときにストップモードになるように構成されている。
【００４４】
制御部２３の電源をオンしたときからストップモード時の動作は、前述した第１の実施の形態の第１の回路と同様であるので、説明を省略する。
制御部２３の通常モード時の動作は、
（１）電圧出力端子ＯＵＴＡにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＣにローレベルの電圧を出力し、他の電圧出力端子ＯＵＴＢ，ＯＵＴＤはオープンにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ２に入力されるアナログ電圧値を得る。
（２）電圧出力端子ＯＵＴＢにハイレベルの電圧を出力すると共に、電圧出力端子ＯＵＴＤにローレベルの電圧を出力し、他の電圧出力端子ＯＵＴＡ，ＯＵＴＣはオープンにする。そして、アナログ電圧入力端子Ａ／Ｄ１に入力されるアナログ電圧値を得る。
以上の２通りの動作を繰り返して行っている。
【００４５】
この構成としたことで、キートップ１７が強く押圧されて、抵抗体２４と抵抗体２５が面接触を起こしたときには、従来例である導電体８３と抵抗体８２の面接触でなく、抵抗体２４と抵抗体２５の面接触であるので、抵抗体２４及び抵抗体２５の電極間の抵抗値の変化量が従来より、理論上は約１／２となり、従来よりも誤差の少ないアナログ電圧が制御部２３に入力され、この電圧値によって座標値が検出されるので、検出誤差の少ない入力装置になる。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の入力装置は、９０度間隔で順に第１〜第４の電極が設けられた環状の抵抗体が上面に形成された下シートと、前記下シートと間隔を持って載置され、下面に前記抵抗体の一部に接触可能な環状の導電体が形成された上シートと、前記上シートの表面に当接する凸状の弾性体が形成され、この弾性体の中央部が前記導電体の環状の中心に配置された操作部とを有し、前記導電体からアナログ電圧を出力する入力部、および、前記第１〜第４の電極に駆動電圧を供給するための第１〜第４の電圧出力端子と、前記アナログ電圧を入力する第１のアナログ電圧入力端子とを有し、前記アナログ電圧入力端子に入力されたアナログ電圧値を演算処理して前記抵抗体と前記導電体との接触位置を検出する制御部を備え、前記操作部を下方に操作することにより、前記操作部を傾斜させ、前記弾性体を撓ませて、前記抵抗体と前記導電体とを接触させ、前記操作部の操作位置を検出するような構成としたので、抵抗体と導電体とが上下のフィルム内だけで構成されているので、一体に形成でき、コストダウンができると共に、汚れたり、腐食したりしにくく、信頼性が高く、長寿命である。
また、前記制御部には、前記導電体を所定電圧にプルアップするためのプルアップ端子が設けられ、前記制御部は、前記第１〜第４の電圧出力端子をローレベルとし、前記プルアップ端子を前記所定電圧にする第１のモード、又は、前記第１〜第４の電圧出力端子のうちのいずれか２つの端子間に電圧を出力すると共に前記プルアップ端子をローレベルとする第２のモードに切り替えられるように構成し、前記第１のモードのとき、前記第１のアナログ電圧入力端子に入力される電圧が変化したときに前記第２のモードに切り替わり、前記第２のモードのとき、前記第１のアナログ電圧入力端子に入力される電圧が一定時間変化しないときに前記第１のモードに切り替わるように構成したので、制御部は、操作部が一定時間操作されていないときには第１のモードになり、抵抗体に電圧を印加しないので、電力の消費を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の入力装置の第１の実施の形態の断面図である。
【図２】本発明の入力装置の第１の実施の形態の抵抗体の平面図である。
【図３】本発明の入力装置の第１の実施の形態の導電体の平面図である。
【図４】本発明の入力装置の第１の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する第１の回路の回路図である。
【図５】本発明の入力装置の第１の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する第１の回路のストップモード時の等価回路図である。
【図６】本発明の入力装置の第１の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する第１の回路の通常モード時の等価回路図である。
【図７】本発明の入力装置の第１の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する第２の回路の回路図である。
【図８】本発明の入力装置の第１の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する回路の抵抗体と導電体が２箇所で接触していないかを確認する回路図である。
【図９】本発明の入力装置の第２の実施の形態の断面図である。
【図１０】本発明の入力装置の第２の実施の形態の抵抗体の平面図である。
【図１１】本発明の入力装置の第２の実施の形態の抵抗体の平面図である。
【図１２】本発明の入力装置の第２の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する回路の回路図である。
【図１３】本発明の入力装置の第２の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する回路のストップモード時の等価回路図である。
【図１４】本発明の入力装置の第２の実施の形態のキートップの操作された位置を検出する回路の通常モード時の等価回路図である。
【図１５】従来から提案されている入力装置の断面図である。
【図１６】従来から提案されている入力装置の抵抗体の平面図である。
【図１７】従来から提案されている入力装置の導電体の平面図である。
【図１８】従来から提案されている入力装置のキートップの操作された位置を検出する回路の回路図である。
【符号の説明】
１１ 下シート
１２ 上シート
１３ 抵抗体
１４ 導電体
１５ スペーサ
１６ 弾性体
１７ 操作部
１８ 上ケース
１９ 押圧部
２０ 下部接点
２１ 上部接点
２２ メタルドーム
２３ 制御部（ＣＰＵ）
２４、２５ 抵抗体
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 電極
Ａ／Ｄ１、Ａ／Ｄ２，Ａ／Ｄ３ アナログ電圧入力端子
ＯＵＴ１ プルアップ端子
ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ，ＯＵＴＣ，ＯＵＴＤ、ＯＵＴＥ、ＯＵＴＦ 電圧出力端子
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Claims (7)
- ９０度間隔で順に第１〜第４の電極が設けられた環状の抵抗体が上面に形成された下シートと、前記下シートと間隔を持って載置され、下面に前記抵抗体の一部に接触可能な環状の導電体が形成された上シートと、前記上シートの表面に当接する凸状の弾性体が形成され、この弾性体の中央部が前記導電体の環状の中心に配置された操作部とを有し、前記導電体からアナログ電圧を出力する入力部、および、
前記第１〜第４の電極に駆動電圧を供給するための第１〜第４の電圧出力端子と、前記アナログ電圧を入力する第１のアナログ電圧入力端子とを有し、前記アナログ電圧入力端子に入力されたアナログ電圧値を演算処理して前記抵抗体と前記導電体との接触位置を検出する制御部を備え、
前記操作部を下方に操作することにより、前記操作部を傾斜させ、前記弾性体を撓ませて、前記抵抗体と前記導電体とを接触させ、前記操作部の操作位置を検出するようにし、
前記制御部には、前記導電体を所定電圧にプルアップするためのプルアップ端子が設けられ、前記制御部は、前記第１〜第４の電圧出力端子をローレベルとし、前記プルアップ端子を前記所定電圧にする第１のモード、又は、前記第１〜第４の電圧出力端子のうちのいずれか２つの端子間に電圧を出力すると共に前記プルアップ端子をローレベルとする第２のモードに切り替えられるように構成し、前記第１のモードのとき、前記第１のアナログ電圧入力端子に入力される電圧が変化したときに前記第２のモードに切り替わり、前記第２のモードのとき、前記第１のアナログ電圧入力端子に入力される電圧が一定時間変化しないときに前記第１のモードに切り替わるように構成されたことを特徴とする入力装置。 - 前記制御部は、前記第１の電圧出力端子と前記第２の電圧出力端子との間、前記第２の電圧出力端子と前記第３の電圧出力端子との間、前記第３の電圧出力端子と前記第４の電圧出力端子との間、前記第４の電圧出力端子と前記第１の電圧出力端子との間、に順に電圧を印加して前記操作部の操作位置を検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
- 前記制御部には、第５の電圧出力端子、第２のアナログ入力端子を設け、前記第２のアナログ電圧入力端子と前記第１の電圧出力端子とを接続するとともに、前記第５の電圧出力端子と前記第１の電極とを第１の抵抗を介して接続し、前記制御部は、前記第５の電圧出力端子と前記第３の電圧出力端子との間に電圧を印加し、前記第２のアナログ電圧入力端子に入力されるアナログ電圧値の変化によって、前記操作部の操作された強さを検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
- 前記制御部には、第６の電圧出力端子、第３のアナログ入力端子を設け、前記第３のアナログ電圧入力端子と前記第４の電圧出力端子とを接続するとともに、前記第６の電圧出力端子と前記第４の電極とを第２の抵抗を介して接続し、前記制御部は、前記第２のアナログ電圧入力端子、又は、前記第５の電圧出力端子と前記第３の電圧出力端子との間に電圧を印加したときの前記第３のアナログ電圧入力端子に入力されたアナログ電圧値が所定範囲以外のときには、前記第１の電圧出力端子と第３の電圧出力端子の間、及び、前記第２の電圧出力端子と第４の電圧出力端子の間に電圧を印加しないようにしたことを特徴とする請求項３に記載の入力装置。
- 前記制御部は、前記操作部の操作位置の検出をしたときは、前記操作位置の両側の電極に駆動電圧を供給する電圧出力端子をローレベルにすると共に、他の電極に駆動電圧を供給する電圧出力端子をハイレベルにし、前記第１のアナログ電圧入力端子に電圧が入力されたときには、前記操作位置を無効と判断するようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の入力装置。
- 前記操作部の外周部の下方に９０度間隔に押圧部を設け、前記各押圧部にそれぞれ対向して、前記上シート上にドーム状の金属からなるメタルドームを設け、前記操作部を下方に操作することにより、前記押圧部が降下して、前記メタルドームを弾性変形させるようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の入力装置。
- 前記各メタルドームにそれぞれ対向して、前記下シートと前記上シートとの間にスイッチ要素を設け、前記メタルドームが弾性変形したときに、前記スイッチ要素がオンになるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の入力装置。
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