JP4071210B2 - タッチ式入力装置 - Google Patents

Description

この発明は入力する部分が平面的なタッチ式入力装置に関する。

従来、上下の支持体間に一対の接点と電気粘性流体とを挟持してなる入力装置がある（下記特許公報参照）。上下の支持体はいずれも板状である。一対の接点は隙間を介して対向している。電気粘性流体は柔軟な容器に収容されている。その容器によって一対の接点が包囲されている。

上の支持体が指で押され、上側の接点から下側の接点までの距離が所定値以下になると、コンピュータから電気粘性流体へフィードバック信号が出力され、電気粘性流体の粘度が増す。その結果、入力抵抗（指先に作用する反力）が大きくなり、感触が変わる。
特開平９−３１９５０９号公報（段落番号００２０、図１）

しかし、上述の入力装置では、指先で上の支持体を押したとき、その支持体がわずかに下へ移動し、指先に作用する反力が大きくなるにすぎない。

したがって、操作者は特定のボタンの入力操作が完了したことを指先を通じて明確に認識することは困難である。すなわち、従来の入力装置では良好な入力操作感を得ることはできなかった。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は、良好な入力操作感を得ることができるタッチ式入力装置を提供することである。

上述の課題を解決するため請求項１記載の発明のタッチ式入力装置は、流体が充填されたセルを有するとともに、その流体に入っている気泡の膨張によって凸状に隆起する弾性変形部を有する弾性体と、前記セル内に配置された第１電極と前記セル内に前記第１電極と対向するように配置された第２電極とを有し、前記弾性変形部に加えられた操作者の押圧力によって生じる前記第１電極と前記第２電極との間の間隔の変化により前記操作者の入力操作を検出する検出手段と、前記流体を加熱する加熱手段と、前記検出手段が前記入力操作を検出したとき前記加熱手段を作動させて前記流体に入っている気泡を膨張させる制御手段とを備え、前記弾性変形部は前記流体に入っている気泡の非膨張時に前記第２電極に向かってへこんでいることを特徴とする。また、請求項２記載の発明のタッチ式入力装置は、流体が充填されたセルを有するとともに、その流体に入っている気泡の膨張によって凸状に隆起する弾性変形部を有する弾性体と、前記セル内に配置された第１電極と前記セル内に前記第１電極と対向するように配置された第２電極とを有し、前記弾性変形部に加えられた操作者の押圧力によって生じる前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の変化により前記操作者の入力操作を検出する検出手段と、前記流体を加熱する加熱手段と、前記検出手段が前記入力操作を検出したとき前記加熱手段を作動させて前記流体に入っている気泡を膨張させる制御手段とを備え、前記弾性変形部は前記流体に入っている気泡の非膨張時に前記第２電極に向かってへこんでいることを特徴とする。

上述のように第１電極が第２電極に接近する方向の外力が弾性体の弾性変形部に作用したとき、加熱手段が作動してセル内の流体が膨張し、弾性体の弾性変形部が凸状に隆起する。したがって、例えば指先で弾性体を押したとき、その弾性変形部が凸状に隆起して、その指先に弾性変形部の先端が突き当たるため、操作者は特定のボタンの入力操作が完了したことを指先を通じて明確に認識することができる。

上述のように弾性変形部は流体の非膨張時に第２電極に向かってへこんでいるので、操作者は触覚を通じて入力操作領域とそれ以外の領域とを識別することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明のタッチ式入力装置において、前記第１電極がほぼ環状であり、この第１電極によって前記流体の非膨張時の前記弾性変形部が包囲されていることを特徴とする。

上述のように第１電極がほぼ環状であり、この第１電極によって流体の非膨張時の弾性変形部が包囲されているので、弾性体を押す指先に弾性変形部の凸状の先端が確実に突き当たり、操作者は入力操作が完了したことをより明確に認識することができる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明のタッチ式入力装置において、前記第２電極がほぼ環状であり、この第２電極によって前記加熱手段の発熱部が包囲され、この発熱部が前記弾性変形部と対向していることを特徴とする。

上述のように第２電極がほぼ環状であり、この第２電極によって前記加熱手段の発熱部が包囲され、この発熱部が弾性変形部と対向しているので、タッチ式入力装置のコンパクト化を図ることができる。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のタッチ式入力装置において、前記弾性体が上側絶縁フィルムとこの上側絶縁フィルムに接合される下側絶縁フィルムとで構成され、前記下側絶縁フィルムに前記セルに対応する凹部が二次元配列され、この複数の凹部に前記第２電極と前記加熱手段とが収容され、前記上側絶縁フィルムに前記複数の凹部に対応するように前記第１電極と前記弾性変形部とが配列されていることを特徴とする。

例えば二次元状に並ぶ弾性変形部の中から選択した複数の弾性変形部を隆起させることによって、入力操作領域とそれ以外の領域とを区画したり、点字を形成したりすることができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項のタッチ式入力装置において、前記弾性体の弾性変形部が他の部分よりも薄いことを特徴とする。

上述のように弾性体の弾性変形部が他の部分よりも薄いので、弾性変形部が隆起し易くなる。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項のタッチ式入力装置において、前記弾性体と前記第１、第２電極とが透明であることを特徴とする。

上述のように弾性体と第１、第２電極とが透明であるので、タッチ式入力装置をディスプレイの画面に装着して使用したとき、画面の表示が隠れない。

以上に説明したように請求項１、２記載の発明のタッチ式入力装置によれば、例えば指先で弾性体を押したとき、その弾性変形部が凸状に隆起して、その指先に弾性変形部の先端が突き当たるため、操作者は特定のボタンの入力操作が完了したことを指先を通じて明確に認識することができ、良好な入力操作感を得ることができる。

請求項１、２記載の発明のタッチ式入力装置によれば、上述のように弾性変形部は流体の非膨張時に第２電極に向かってへこんでいるので、操作者は触覚を通じて入力操作領域とそれ以外の領域とを識別することができ、例えばいわゆるブラインドタッチの入力操作が可能になる。

請求項３記載の発明のタッチ式入力装置によれば、弾性体を押す指先に弾性変形部の凸状の先端が確実に突き当たり、操作者は入力操作が完了したことをより明確に認識することができ、良好な入力操作感を得ることができる。

請求項４記載の発明のタッチ式入力装置によれば、タッチ式入力装置のコンパクト化を図ることができる。

請求項５記載の発明のタッチ式入力装置によれば、例えば二次元状に並ぶ弾性変形部の中から選択した複数の弾性変形部を隆起させることによって、入力操作領域とそれ以外の領域とを区画したり、点字を形成したりすることができ、入力操作を容易にすることができる。

請求項６記載の発明のタッチ式入力装置によれば、弾性変形部が隆起し易くなり、入力操作性が向上する。

請求項７記載の発明のタッチ式入力装置によれば、タッチ式入力装置によってディスプレイの画面の表示が隠れないので、タッチ式入力装置をディスプレイの画面に装着して使用することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の一実施形態に係るタッチ式入力装置の弾性変形部がへこんだ状態を示す断面図、図２は同タッチ式入力装置の弾性変形部のうちの一つが膨張した状態を示す断面図、図３は同タッチ式入力装置の分解斜視図、図４は図３のＡ部の拡大図、図５は図３のＢ部の拡大図、図６は同タッチ式入力装置のブロック図である。

このタッチ式入力装置１は、弾性体３と第１電極５と第２電極６とヒータ（加熱手段）７と検出装置（検出手段）８１と制御装置（制御手段）８２と電源８３とスイッチ８４とを備える。

弾性体３は上側絶縁フィルム３１と下側絶縁フィルム３２とからなる。両フィルム３１，３２はいずれも透明である。

上側絶縁フィルム３１には複数の弾性変形部３１ａが形成されている。複数の弾性変形部３１ａは規則的に二次元配列されている。弾性変形部３１ａの厚さは上側絶縁フィルム３１の他の部分の厚さよりも薄い。通常、弾性変形部３１ａは第２電極６に向かってへこんでいる（図１参照）が、後述するように、セル３３内の圧力が高くなると反対方向へ凸状に隆起する（図２参照）。上側絶縁フィルム３１の材質としては例えばポリイミド等が適する。

下側絶縁フィルム３２には複数の凹部３２ａが形成されている。複数の凹部３２ａは規則的に二次元配列されている。凹部３２ａには弾性変形部３１ａが入り込む。凹部３２ａの開口は上側絶縁フィルム３１によって塞がれ、密閉された複数のセル３３が形成される。セル３３内には気泡の入ったシリコンオイル（流体）が充填される。下側絶縁フィルム３２の材質としては例えばポリイミド等が適する。

第１電極５は上側絶縁フィルム３１の下面に固定されている。第１電極５は図４に示すようにリング状又は環状であり、弾性変形部３１ａを囲んでいる。第１電極５は導電路１１を介して電源８３に接続されている。第１電極５及び導電路１１は透明である。第１電極５及び導電路１１の材料としてはＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）が適する。

第２電極６は凹部３２ａの底面に固定されている。第２電極６は図５に示すようにＣ字形又はほぼ環状であり、第１の電極５と対向する。第２電極６は導電路１２を介して電源８３に接続されている。第２電極６及び導電路１２は透明である。第２電極６及び導電路１２の材料としてはＩＴＯが適する。

ヒータ７は発熱部７１と接続部７２とを有する。発熱部７１は凹部３２ａの底面に固定されている。発熱部７１はＣ字形であり、第２電極６の内側に配置されている。接続部７２は発熱部７１の両端部それぞれ接続されている。発熱部７１は接続部７２を介して電源８３に接続されている。ヒータ７の発熱部７１の材質としてはカーボンペーストが適する。

検出装置８１は第１及び第２電極５，６間の静電容量を測定する。

制御装置８２の入力端子には検出装置８１の出力端子が接続されている。制御装置８２は電源８３の電力の供給先を選択するスイッチ８４に制御信号を出力する。

図７は指でタッチ式入力装置の弾性変形部を押圧した状態を示す断面図、図８は押されたタッチ式入力装置の弾性変形部が隆起した状態を示す断面図である。

次に、この実施形態のタッチ式入力装置の動作について説明する。

このタッチ式入力装置１は例えばタッチパネル（図示せず）上に装着され、入力操作を補助する装置として使用される。

図７に示すように、操作者が指先Ｆで１つの弾性変形部３１ａを押圧すると、その圧力がタッチパネルに伝わり、タッチパネルは入力信号を出力する。このとき、第１電極５と第２電極６との間隔が狭まり、第１及び第２電極５，６間の静電容量が変化する。図８に示すように、制御装置８２は検出装置８１からの検出信号によってどのセル３３の静電容量が変化したかを特定し、そのセル３３に配置されたヒータ７に電流を供給する制御信号を出力する。この制御信号によってスイッチ８４が動作し、選択されたセル３３内のヒータ７だけに電流が供給される。

その結果、セル３３内の気泡の入ったシリコンオイルがヒータ７によって加熱されて気泡が膨張し、この気泡の圧力によって、図８に示すように、弾性変形部３１ａが上方へ凸状に隆起する。このとき、操作者の指先Ｆに弾性変形部材３１ａの先端が突き当たるので、操作者は入力が完了したことを明確に認識することができる。

以上のように、この実施形態によれば、操作者は特定のボタンの入力操作が完了したことを指先Ｆを通じて明確に認識することができる。

また、弾性変形部３１ａは気泡の非膨張時に第２電極６に向かってへこんでいるので、操作者は触覚を通じて入力操作領域とそれ以外の領域とを識別することができ、例えばいわゆるブラインドタッチの入力操作が可能になる。

更に、第１電極５が環状であり、この第１電極５によって気泡の非膨張時の弾性変形部３１ａが包囲されているので、操作者が入力したとき、弾性体３を押す指先Ｆに弾性変形部３１ａの凸状の先端が確実に突き当たり、操作者は入力操作が完了したことをより明確に認識することができ、良好な入力操作感を得ることができる。

また、第２電極６がほぼ環状であり、この第２電極６によってヒータ７の発熱部７１が包囲され、この発熱部７１が弾性変形部３１ａと対向しているので、タッチ式入力装置１のコンパクト化を図ることができる。

更に、弾性体３の弾性変形部３１ａが他の部分よりも薄いので、弾性変形部３１ａが隆起し易くなり、入力操作性が向上する。

また、弾性体３と第１、第２電極５，６とが透明であるので、タッチ式入力装置１をタッチパネルの画面に装着して使用したとき、画面の表示が隠れない。したがって、タッチ式入力装置１をタッチパネルの入力補助装置としても使用することができる。

なお、この実施形態ではセル３３に気泡の入ったシリコンオイルを充填したが、セル３３に充填する流体は気泡の入ったシリコンオイルに限られず、例えば気泡の入った水等、液体、気体等の流体であって、加熱手段によって加熱すると体積が増え、常温で冷却すると体積が減るものであればよい。

また、この実施例では、静電容量の変化を検出して入力位置を検知したが、第１電極５と第２電極６とを接触させることによって入力位置を検知するようにしてもよい。

図９はこの発明の他の実施形態に係るタッチ式入力装置の使用法を示す斜視図である。

この実施形態ではタッチ式入力装置１はタッチパネル２１の画面に装着されて使用される。

前述の実施形態ではタッチパネルの入力待機状態にある入力ボタンと対向するセル３３の弾性変形部３１ａをへこませたが、この実施形態では全く逆である。すなわち、この実施形態では、タッチパネルの入力待機状態にある２つの入力ボタン（表示部分２１ａ，２１ｂ）と対向する２つの領域Ａｒ１，Ａｒ２のセル３３の弾性変形部３１ａを凸状に隆起させ、入力待機状態にない入力ボタン（表示部分２１ａ，２１ｂ以外の部分）と対向する領域のセル３３の弾性変形部３１ａをへこませた。

この実施形態によれば、マトリックス状に並ぶ弾性変形部３１ａの中から選択した複数の弾性変形部３１ａを隆起させることによって、触覚を通じても入力操作領域とそれ以外の領域とを区別できるため、入力操作を容易にすることができる。

更に、弾性変形部３１ａを微小化すれば、複数の弾性変形部３１ａの組合せによって点字を形成することもできる。

図１はこの発明の一実施形態に係るタッチ式入力装置の弾性変形部がへこんだ状態を示す断面図である。 図２は同タッチ式入力装置の弾性変形部のうちの一つが膨張した状態を示す断面図である。 図３は同タッチ式入力装置の分解斜視図である。 図４は図３のＡ部の拡大図である。 図５は図３のＢ部の拡大図である。 図６は同タッチ式入力装置のブロック図である。 図７は指でタッチ式入力装置の弾性変形部を押圧した状態を示す断面図である。 図８は押されたタッチ式入力装置の弾性変形部が隆起した状態を示す断面図である。 図９はこの発明の他の実施形態に係るタッチ式入力装置の使用法を示す斜視図である。

符号の説明

１ タッチ式入力装置
３ 弾性体
３１ 上側絶縁フィルム
３２ 下側絶縁フィルム
３２ａ 凹部
５ 第１電極
６ 第２電極
７ ヒータ
７１ 発熱部
３１ａ 弾性変形部
３３ セル

Claims (7)

1. 流体が充填されたセルを有するとともに、その流体に入っている気泡の膨張によって凸状に隆起する弾性変形部を有する弾性体と、
   前記セル内に配置された第１電極と前記セル内に前記第１電極と対向するように配置された第２電極とを有し、前記弾性変形部に加えられた操作者の押圧力によって生じる前記第１電極と前記第２電極との間の間隔の変化により前記操作者の入力操作を検出する検出手段と、
   前記流体を加熱する加熱手段と、
   前記検出手段が前記入力操作を検出したとき前記加熱手段を作動させて前記流体に入っている気泡を膨張させる制御手段とを備え、
   前記弾性変形部は前記流体に入っている気泡の非膨張時に前記第２電極に向かってへこんでいることを特徴とするタッチ式入力装置。
2. 流体が充填されたセルを有するとともに、その流体に入っている気泡の膨張によって凸状に隆起する弾性変形部を有する弾性体と、
   前記セル内に配置された第１電極と前記セル内に前記第１電極と対向するように配置された第２電極とを有し、前記弾性変形部に加えられた操作者の押圧力によって生じる前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の変化により前記操作者の入力操作を検出する検出手段と、
   前記流体を加熱する加熱手段と、
   前記検出手段が前記入力操作を検出したとき前記加熱手段を作動させて前記流体に入っている気泡を膨張させる制御手段とを備え、
   前記弾性変形部は前記流体に入っている気泡の非膨張時に前記第２電極に向かってへこんでいることを特徴とするタッチ式入力装置。
3. 前記第１電極がほぼ環状であり、この第１電極によって前記流体の非膨張時の前記弾性変形部が包囲されていることを特徴とする請求項１又は２記載のタッチ式入力装置。
4. 前記第２電極がほぼ環状であり、この第２電極によって前記加熱手段の発熱部が包囲され、この発熱部が前記弾性変形部と対向していることを特徴とする請求項３記載のタッチ式入力装置。
5. 前記弾性体が上側絶縁フィルムとこの上側絶縁フィルムに接合される下側絶縁フィルムとで構成され、
   前記下側絶縁フィルムに前記セルに対応する凹部が二次元配列され、
   この複数の凹部に前記第２電極と前記加熱手段とが収容され、
   前記上側絶縁フィルムに前記複数の凹部に対応するように前記第１電極と前記弾性変形部とが配列され
   ていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のタッチ式入力装置。
6. 前記弾性体の弾性変形部が他の部分よりも薄いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１記載のタッチ式入力装置。
7. 前記弾性体と前記第１、第２電極とが透明であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１記載のタッチ式入力装置。

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