JP4155897B2

JP4155897B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP4155897B2
Application number: JP2003321540A
Authority: JP
Inventors: 正博相馬; 邦生佐藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: CN1317824C; US7643013B2; US20050057532A1; CN1595803A; JP2005092326A

Description

本発明は、例えばパーソナルコンピュータのポインティングデバイスとして使用される静電容量方式の入力装置に関する。

従来から、静電容量方式の入力装置は、例えば、携帯電話機、カメラ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）と称される携帯端末といった各種電気機器に配設されて使用されている。

このような入力装置の一例としては、所定面積の対向電極を有しており、この対向電極が各種電気機器の筐体の内側面に貼着されている。前記対向電極は、例えばシート状の薄い銅板などの導電性の金属板で形成されており、前記筐体の内側面に沿うやや広い面積で設けられている。前記対向電極は極めて薄いフィルム状に形成されており、前記筐体の様々な曲線形状に対応して貼着することができるようになっている。そして、前記対向電極と対向する筐体の表面に指など導体のが接近したり接触すると、前記導体と前記対向電極との間に静電容量が形成され、前記静電容量は、前記対向電極と前記導体との間の対向面積や対向距離によって変化する。

前記筐体は、金属以外で誘電率が高い材料で形成され、例えばプラスチックなどの合成樹脂が使用されている。

また、前記入力装置には、静電容量を検出する検出手段と、クロック信号生成手段と、信号遅延手段と、遅延信号検出手段と、Ａ／Ｄ変換手段とが配設されている。

前記クロック信号生成手段は、所定の周波数からなる規則的なパルス信号を連続的に出力するものである。前記信号遅延手段は、前記可変容量部と前記クロック信号生成手段との間に接続された抵抗とで構成されている。また遅延信号検出手段は、ＡＮＤ回路とその後段に設けられた抵抗とコンデンサからなる平滑手段で形成されている。前記ＡＮＤ回路の入力部には、前記クロック信号生成手段の出力であるクロック信号と、前記信号遅延手段を経由した出力とが入力されており、このＡＮＤ回路の出力が前記平滑手段に入力されている。前記Ａ／Ｄ変換手段は、所定のサンプリング周期で前記平滑手段の出力電圧を検出してデジタル出力として出力し、ＣＰＵからなる制御部に送られる。そして、前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換手段から出力されたデジタル出力により各種の情報を得ると、それに応じて電気機器の所定の動作を行うように設定されている（例えば、特許文献１参照）。

特願２００２−３０６８８７号

しかしながら、前述したような従来の静電容量方式の入力装置は、電気機器のケーシングの内側面に対向電極を貼着する際、電気機器の形状により対向電極の貼着が困難となる位置関係の場合、電気機器のインナーケース上に対向電極を貼着するため、対向電極の表面と電気機器のケーシングとの間に空気層からなる空間が発生してしまう場合がある。そして、対向電極の表面と電気機器のケーシングとの間にこのような空間が発生した場合、対向電極の感度調整が困難となり、入力装置の操作性が低下してしまうという問題が生じる。

また、近年、各種電気機器にはケーシングが金属調に形成されたものが増加している傾向にあり、前述したような入力装置は、操作面であるケーシング表面を金属で形成した場合や金属のメッキを施した場合に、金属の導電性により対向電極に誤作動が生じるため、ケーシング表面を樹脂等の非導電材料により形成しており、電気機器の外観を損ねていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、対向電極を電気機器のインナーケースに貼着した場合に、対向電極の感度調整を安定させ、入力装置の操作性を向上させることができるとともに、電気機器の外観を損ねることのない静電容量方式の入力装置を提供することを目的としている。

前述した目的を達成するため本発明に係る入力装置の特徴は、ケーシングの内側面に貼着された対向電極と、ケーシングの表面に接近あるいは接触される導体との間で生じる静電容量を検出して座標を検出する静電容量方式の入力装置であって、前記対向電極は、前記ケーシングの内側面と前記導電性材料との間に介在されており、かつ、前記導電性材料は、前記ケーシングの内側面と前記対向電極との間の空気層からなる空間を埋めるように配置されている点にある。

また、本発明に係る入力装置の他の特徴は、ケーシングの内側面に貼着された複数の対向電極と、ケーシングの表面に接近あるいは接触される導体との間で生じる静電容量を検出して座標を検出する静電容量方式の入力装置であって、前記各対向電極は、前記ケーシングの内側面と前記導電性材料との間に介在されており、かつ、前記導電性材料は、前記ケーシングの内側面と前記各対向電極との間の空気層からなる空間を埋めるように配置されている点にある。

また、本発明に係る入力装置の他の特徴は、前記導電性材料を、前記対向電極の面積よりも広い面積で配設した点にある。

また、本発明に係る入力装置の他の特徴は、前記ケーシングの表面に、非導電性の金属膜を蒸着した点にある。

本発明によれば、対向電極を電気機器のインナーケースに貼り付けて構成される静電容量方式の入力装置において、ケーシングの内側面と対向電極との間に配設された導電性材料を介すことにより、対向電極の感度調整を安定させ、入力装置の操作性を向上させることができる。

また、ケーシングの内側面と対向電極との間に配設する導電性材料の面積を対向電極の面積よりも広く配設することにより、対向電極の面積に対して入力装置の操作面を広くとることができる。

さらに、非導電性の金属膜を蒸着することにより、金属調の電気機器の外観を損ねることがなく、また、非導電性の金属膜により対向電極の誤作動を防止することができる。

以下、図面を用いて本発明に係る入力装置の実施形態について説明する。

図１は本発明に係る入力装置の第１実施形態を示す概略断面図、図２は本第１実施形態および第３実施形態の入力装置の構成を示すブロック図、図３は本発明に係る入力装置の第２実施形態を示す概略断面図、図４は本第２実施形態の入力装置の構成を示すブロック図、図５は本発明に係る入力装置の第３実施形態を示す概略断面図である。

本第１実施形態における入力装置１Ａは、図１に示すように、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話等の電気機器のケーシング２内のインナーケース３の外側面３ａに対向電極４が貼着され、前記対向電極４上には、前記ケーシング２の内側面２ａとの空気層からなる空間を埋めるように導電性材料５が配設されている。

また、前記ケーシング２の表面（操作面）２ｂには、不導電スパッタにより金属間がそれぞれ結合していない非導電性の金属膜６が蒸着されている。

静電容量Ｃは、前記導電性材料５を介して、前記対向電極４と前記ケーシング２の操作面２ｂを操作する指等の導体１４との間に形成され、前記対向電極４と前記導体１４間において可変容量部７が形成されている。そして、前記静電容量Ｃは、前記対向電極４と前記導体１４の対向面積および対向距離によって変化させられる。

また、前記入力装置１Ａには、図２に示すように、クロック信号生成手段９と、信号遅延手段１０と、遅延信号検出手段１１から構成され、前記ケーシング２の操作面２ｂを前記導体１４により操作した際の静電容量Ｃの変化を検出する検出手段８が設けられている。

前記クロック信号生成手段９は、所定の周波数からなる規則的なパルス信号を連続的に出力するものである。前記信号遅延手段１０は、前記対向電極４と、この対向電極４および前記クロック信号生成手段９間に接続された抵抗Ｒとで構成されている。また、前記遅延信号検出手段１１は、ＡＮＤ回路１１Ａ、その後段に設けられた抵抗およびコンデンサからなる平滑手段１１Ｂで形成されている。前記ＡＮＤ回路１１Ａの入力部１１ａ，１１ｂには、前記クロック信号生成手段９の出力であるクロック信号（前記信号遅延手段１０を経由しないクロック信号）と、前記信号遅延手段１０を経由した出力とが入力されており、このＡＮＤ回路１１Ａの出力が前記平滑手段１１Ｂに入力されるようになっている。

そして、前記検出手段８の最終段、すなわち前記遅延信号検出手段１１の平滑手段１１Ｂの後段には、Ａ／Ｄ変換手段１２が接続されている。前記Ａ／Ｄ変換手段１２は、所定のサンプリング周期で前記平滑手段１１Ｂの出力電圧を検出してデジタル出力とし、デジタル信号を制御装置１３へ出力して電気機器の所望の制御を行なうようになっている。

つぎに、前述した構成からなる入力装置１Ａの作用について説明する。

前述した構成からなる本第１実施形態の入力装置１Ａは、ケーシング２の不導電スパッタにより非導電性の金属膜６が蒸着された操作面２ｂに、ペンや指等の導体１４を接近あるいは接触させて前記導体１４を所望の方向に移動させると、導電性材料５を介して前記対向電極４と前記導体１４との間に生じている静電容量Ｃが変化し、この静電容量の変化が前記検出手段８により検出され、検出された静電容量Ｃの変化に応じて前記検出手段８から出力されたデジタル信号が前記電気機器の制御装置１３へ出力されて前記電気機器の所望の制御が行なわれる。

以上説明したように本第１実施形態の入力装置１Ａによれば、電気機器のケーシング２の内側面２ａと対向電極４の間の空気層からなる空間に配設された導電性材料５を介することにより、対向電極４の静電容量Ｃの変化を正常に検出することができ、入力装置１Ａの感度を確保することができ、操作性を向上させることができる。

また、電気機器のケーシング２の操作面２ｂに不導電スパッタにより金属膜６を蒸着したことにより、この金属膜６には金属間の結合がないため、対向電極４の感度を確保した状態で、電気機器のケーシング２の操作面２ｂを金属調とすることができ、電気機器の外観を損ねることを防止することができる。

つぎに、本第２実施形態における入力装置１Ｂにおいては、図３に示すように、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話等の電気機器のケーシング２内のインナーケース３の外側面３ａに複数（本実施形態においては６個）の対向電極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆが貼着され、各対向電極４ａ乃至４ｆ上には、前記ケーシング２の内側面２ａとの空気層からなる空間を埋めるように導電性材料５が各対向電極４ａ乃至４ｆ毎に個別に配設されている。

また、前記ケーシング２の操作面２ｂには、不導電スパッタにより金属間がそれぞれ結合していない非導電性の金属膜６が蒸着されている。

静電容量Ｃは、各導電性材料５を介して、各対向電極４ａ乃至４ｆと前記ケーシング２の操作面２ｂを操作する指等の導体１４との間にそれぞれ形成され、各対向電極４ａ乃至４ｆと前記導体１４間においてそれぞれ可変容量部７が形成されている。そして、前記静電容量Ｃは、各対向電極４ａ乃至４ｆと前記導体１４の対向面積および対向距離によって変化させられる。

また、前記入力装置１Ｂには、図４に示すように、各対向電極４ａ乃至４ｆ毎に信号遅延手段１０（各対向電極４ａ乃至４ｆと抵抗Ｒ）と、遅延信号検出手段１１（ＡＮＤ回路１１Ａと平滑手段１１Ｂ）と、Ａ／Ｄ変換手段１２と、１つのクロック信号生成手段９とから構成され、前記ケーシング２の操作面２ｂを導体１４により操作した際の各対向電極４ａ乃至４ｆにおける静電容量Ｃの変化を検出する検出手段８が設けられている。そして、各Ａ／Ｄ変換手段１２からそれぞれ出力されるデジタル出力を加算すると、前記ケーシング２の操作面２ｂを操作する前記導体１４が、各対向電極４ａ乃至４ｆの総面積のうちどの程度の面積と対向しているかを検出することができる。さらに、前記ケーシング２の操作面２ｂを操作する導体１４の移動に応じて個々の対向電極４ａ乃至４ｆの対向面積の時間的変化を検出し、前記検出手段８により検出された各対向電極４ａ乃至４ｆにおける各静電容量Ｃの変化がデジタル信号として制御装置１３へ出力され、制御装置１３により電気機器の所望の制御が行なわれる。

つぎに、前述した構成からなる入力装置１Ｂの作用について説明する。

前述した構成からなる本第２実施形態の入力装置１Ｂは、ケーシング２の不導電スパッタにより非導電性の金属膜６が蒸着された操作面２ｂに、ペンや指等の導体１４を接近あるいは接触させて前記導体１４を所望の方向に移動させると、各導電性材料５を介して前記各対向電極４ａ乃至４ｆと前記導体１４との間にそれぞれ生じている各静電容量Ｃが変化し、各静電容量Ｃの変化が前記検出手段８により検出され、検出された静電容量Ｃの変化に応じて前記検出手段８から出力されたデジタル信号が前記電気機器の制御装置１３へ出力されて前記電気機器の所望の制御が行なわれる。

以上説明したように本第２実施形態の入力装置１Ｂによれば、電気機器のケーシング２の内側面２ａと各対向電極４ａ乃至４ｆの間の空気層からなる空間にそれぞれ個別に配設された導電性材料５を介することにより、各対向電極４ａ乃至４ｆの個々の静電容量Ｃの変化を正常に検出することができ、入力装置１Ｂの感度を確保することができ、操作性を向上させることができる。

また、電気機器のケーシング２の操作面２ｂに不導電スパッタにより金属膜６を蒸着したことにより、この金属膜６には金属間の結合がないため、静電センサ６の感度を確保した状態で、電気機器のケーシング２の操作面２ｂを金属調とすることができ、電気機器の外観を損ねることを防止することができる。

つぎに、本第３実施形態における入力装置１Ｃにおいては、図５に示すように、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話等の電気機器のケーシング２内のインナーケース３の外側面３ａに対向電極４が貼着され、前記対向電極４上には、前記ケーシング２の内側面２ａとの空気層からなる空間を埋めるように導電性材料５が配設されている。

本第３実施形態において、前記導電性材料５は、前記対向電極４の面積よりも広く形成されている。

また、前記入力装置１Ｃには、図２に示す、本第１実施形態と同様の構成からなる前記ケーシング２の操作面２ｂを前記導体１４により操作した際の静電容量Ｃの変化を検出する検出手段８が設けられている。なお、前記検出手段８の構成については、本第１実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

つぎに、前述した構成からなる入力装置１Ｃの作用について説明する。

前述した構成からなる本第１実施形態の入力装置１Ｃは、ケーシング２の不導電スパッタにより非導電性の金属膜６が蒸着された操作面２ｂに、ペンや指等の導体１４を接近あるいは接触させて前記導体１４を所望の方向に移動させると、前記導電性材料５を介して前記対向電極４と前記導体１４との間に生じている静電容量Ｃが変化し、この静電容量の変化が前記検出手段８により検出され、検出された静電容量Ｃの変化に応じて前記検出手段８から出力されたデジタル信号が前記電気機器の制御装置１３へ出力されて前記電気機器の所望の制御が行なわれる。

さらに、前記ケーシング２の内側面２ａと前記対向電極４との間に配設された導電性材料５が、前記対向電極４の面積よりも広く形成されていることにより、前記対向電極４の面積に対して操作面２ｂを広くとることができる。

以上説明したように本第３実施形態の入力装置１Ｃによれば、電気機器のケーシング２の内側面２ａと対向電極４の間の空気層からなる空間に配設された導電性材料５を介すことにより、対向電極４の静電容量Ｃの変化を正常に検出することができ、入力装置１Ｃの感度を確保することができ、操作性を向上させることができる。

また、導電性材料を対向電極４の面積よりも広く配設したことにより、対向電極４の面積に対して操作面２ｂを広くとることができる。

さらに、電気機器のケーシング２の操作面２ｂに不導電スパッタにより金属膜６を蒸着したことにより、この金属膜６には金属間の結合がないため、対向電極４の感度を確保した状態で、電気機器のケーシング２の操作面２ｂを金属調とすることができ、電気機器の外観を損ねることを防止することができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明に係る入力装置の第１実施形態を示す概略断面図本第１実施形態および第３実施形態の入力装置の構成を示すブロック図本発明に係る入力装置の第２実施形態を示す概略断面図本第２実施形態の入力装置の構成を示すブロック図本発明に係る入力装置の第３実施形態を示す概略断面図

符号の説明

１入力装置
２ケーシング
３インナーケース
４対向電極
５導電性材料
６金属膜
７可変容量部
８検出手段
９クロック信号生成手段
１０信号遅延手段
１１遅延信号検出手段
１２Ａ／Ｄ変換手段
１３制御装置
１４導体

Claims

ケーシングの内側面に貼着された対向電極と、前記ケーシングの表面に接近あるいは接触される導体との間で生じる静電容量を検出して座標を検出する静電容量方式の入力装置であって、
前記対向電極は、前記ケーシングの内側面と前記導電性材料との間に介在されており、かつ、前記導電性材料は、前記ケーシングの内側面と前記対向電極との間の空気層からなる空間を埋めるように配置されていることを特徴とする入力装置。
ケーシングの内側面に貼着された複数の対向電極と、前記ケーシングの表面に接近あるいは接触される導体との間で生じる静電容量を検出して座標を検出する静電容量方式の入力装置であって、
前記各対向電極は、前記ケーシングの内側面と前記導電性材料との間に介在されており、かつ、前記導電性材料は、前記ケーシングの内側面と前記各対向電極との間の空気層からなる空間を埋めるように配置されていることを特徴とする入力装置。
前記導電性材料を、前記対向電極の面積よりも広い面積で配設したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の入力装置。
前記ケーシングの表面に、非導電性の金属膜を蒸着したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の入力装置。