JP4188785B2 - 入力装置 - Google Patents

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Description

本発明は、スリープモードの設定と解除が可能な入力装置に係り、特に操作性が損なわれることがない入力装置に関する。
ゲーム装置や、パーソナルコンピュータの入力装置として、押圧ストロークまたは押圧力の変動に基づいて出力がアナログ的に変化するものがある。
以下の特許文献1に記載の入力装置は、基板に設けられた電極にシリコンなどのクリックラバーが対向し、このクリックラバーにパルス状の電力が与えられている。キートップを操作して、クリックラバーを電極に接触させると出力が発生し、さらに前記クリックラバーを電極に押し付けて弾性変形させると、その変形量に応じて前記出力が変化するものとなっている。
また、入力装置を所定時間操作していないときには消費電力の低減のためにスリープモードに設定されるものがある。
特開2002−93274号公報
前記従来の入力装置において、スリープモードの設定と解除を設定するためには、キートップを操作していないときにクリックラバーと電極とを離した状態に設定する必要がある。電極とクリックラバーが所定時間接触していなければスリープモードに設定し、操作体が押圧操作されてクリックラバーと電極とが接触したときにスリープモードを解除させることができる。しかし、操作体を操作していないときにクリックラバーと電極とが離れるように設定すると、キートップを押してから出力が得られるまでに所定の押圧ストロークまたは押圧力が必要になり、押圧ストロークに基づいて出力が変化するアナログ入力可能なものでは、これが不感帯の原因となって操作性が損なわれることになる。
また、スリープモード時の操作検出と、通常操作時の操作検出とは回路を共有しているため、回路の構成や制御が複雑になる欠点もある。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、スリープモードの設定と解除ができるものにおいて、操作性を損なうことなく確実にスリープモードを解除することができ、しかも回路を簡素化できる入力装置を提供することを目的としている。
本発明は、操作体と、前記操作体によって押圧操作される抵抗検出部と、前記操作体によって押圧操作されるスイッチ検出部とが設けられており、
前記抵抗検出部は、抵抗素子と前記抵抗素子よりも低抵抗の低抵抗体とが接触しており、前記操作体へ与えられる押圧操作力が変化すると前記抵抗素子と前記低抵抗体との接触面積が増大して、検出される抵抗値が変化するものであり、
前記スイッチ検出部は、前記操作体が押圧されたときに検知状態となるものであり、
前記操作体が押圧操作されていないときは、前記抵抗検出部の前記抵抗素子と前記低抵抗体とが接触し且つ前記スイッチ検出部が非検知状態であり、このとき前記抵抗検出部に通電されないスリープモードが設定され、
前記操作体が押圧されて前記スイッチ検出部が検知状態に切り替わると、前記スリープモードが解除されて前記抵抗検出部へ通電され、前記抵抗素子と前記低抵抗体との接触面積の変化による前記抵抗値の変化を検出することが可能となることを特徴とするものである。
上記本発明では、非操作時の状態で予め低抵抗体と抵抗素子とが接触した状態にあるので不感帯が発生するのを防止でき、操作性が損なわれることがない。しかも、スリープモード解除のための別の検出手段を設けたのでスリープモードを確実に解除することができ、さらにスリープモード時の操作検出と通常操作時の操作検出の回路を別々にしたため回路の構成を簡素化できる。
この場合、前記操作体には支持突起が設けられ、前記操作体が押圧操作されたときの前記支持突起の動作力に基づいて前記検出手段の出力が切り替えられる構成にすることができる。
また、前記接点に対向して前記操作体を押圧自在に支持する弾性押圧体が設けられ、前記操作体を押圧したときの前記弾性押圧体の圧縮変形力に基づいて前記接点での出力が変化するものであり、前記支持突起が前記弾性押圧体よりも硬質の部材で形成されていることが好ましい。支持突起を弾性押圧体より硬質にすることで操作体を押圧操作したときに検出手段の出力を少ない押圧ストロークまたは押圧力で切り替えることができる。
また、前記支持突起を中心として前記抵抗素子が直交する2方向に間隔を空けて配置され、単一の前記操作体でそれぞれの抵抗素子に対向する前記低抵抗体が操作される構成にすることができる。あるいは、抵抗素子が1方向に間隔を空けて配置されてシーソー支持されるものであってもよい。
本発明は、非操作時の状態で予め低抵抗体と抵抗素子を接触させているので不感帯による操作性の低下を防止でき、しかもスリープモードの解除を確実に行うことができ、回路を簡素化できる。
図1は本発明の入力装置の一例を示す分解斜視図、図2は入力装置を操作面側から見たときの平面図、図3は図2の3−3線での断面図、図4は接点部分の拡大断面図、図5は非操作時の入力装置の動作説明図、図6は操作時の入力装置の動作説明図、図7は回路ブロック図である。
入力装置1は、合成樹脂などで形成された操作体2と、この操作体2で操作される検出基板4を有している。図2に示すように前記操作体2は平面形状が十字状であり、4方向に延びる腕は、前記検出基板4に設けられた4つの接点6を操作する操作部2x1,2x2,2y1,2y2である。
操作体2の下面の中心部には支持突起2aが一体に突出形成されている。前記操作体2は、その後方に設けられた弾性支持部材3に支持されている。弾性支持部材3にはその中心に穴3aが形成されて、この穴3aに前記支持突起2aが嵌合している。また前記操作体2の下面には、前記支持突起2aの周囲にフランジ2b,2b,2b,2bが一体に形成されており、各フランジ2bが操作体2の側面から側方へ突出している。
前記弾性支持部材3は、合成ゴムなどの弾性変形可能な部材で形成されている。この弾性支持部材3には、前記操作体2の各操作部2x1,2x2,2y1,2y2で操作される弾性押圧体3b,3b,3b,3bが設けられている。この弾性押圧体3bは、図3に示すようにそれ自体が圧縮変形可能な押圧部3b1と、この押圧部3b1の傾きを防止する弾性変形可能な薄肉のリブ3b2とが一体に形成されたものである。
また図3に示すように、各弾性押圧体3bの上面にはそれぞれ突起部3tが上向きに一体に形成されている。各突起部3tは、前記操作部2x1,2x2,2y1,2y2の下面に形成されたスリット状の凹部2d,2d,2d,2dに挿入されて、操作体2が前記弾性支持部材3に対して回り止めされている。
前記弾性支持部材3は前記検出基板4上に設けられ、さらに前記検出基板4は補強部材5上に設けられている。前記検出基板4は、図4に示すように下部シート4a、上部シート4b及び離間シート4mの3層構造であり、いずれのシートも可撓性と絶縁性を有するPET(ポリエチレンテレフタレート)などの合成樹脂で形成されている。前記離間シート4mには、前記各弾性押圧体3bに対応する位置に穴4m1が貫通して形成され、この穴4m1の位置において前記下部シート4aに抵抗素子6aが形成され、前記上部シート4bに低抵抗体6bが形成され、前記抵抗素子6aと前記低抵抗体6bとが接離可能に支持されている。なお、離間シート4mに代えて、下部シート4a及び上部シート4bの双方または一方に絶縁性を有する樹脂膜を形成して、上下シート4b,4aの間隔が確保されるようにしてもよい。
前記抵抗素子6aはカーボン膜などで、そのパターンは矩形状であり、前記低抵抗体6bは前記抵抗素子6aよりも電気抵抗の低い膜であり、例えば銀、金、銅などの金属膜である。そして前記抵抗素子6aの両側には、銀や銅などで形成された電極膜6c1,6c2が接続されている。なお、前記抵抗素子6aと低抵抗体6bは共に矩形状に形成されているものでもよく、あるいはいずれも円形状に形成されているものでもよく、または抵抗素子6aが矩形状で低抵抗体6bが円形状であってもよい。本実施の形態では前記抵抗素子6aと低抵抗体6bとで接点6が構成されている。
また前記検出基板4には、前記支持突起2aと対向する位置に検出部6Sが設けられている。この検出部6Sが本実施の形態での検出手段である。前記検出部6Sは、前記支持突起2aが押されたことが検知できるものであればどのような構成のものであってもよい。例えば図5と図6に示すように前記離間シート4mに穴4c2が貫通して形成され、下部シート4aに電極6s1が、そして上部シート4bに電極6s2がそれぞれ単一の導電膜で形成されているものである。あるいは一方の電極において1対の導電膜が所定間隔離れて形成され、他方の電極が単一の導電体で形成されて前記双方の導電膜に対向するように配置されたものでもよい。
前記補強部材5はアルミなどの金属板で形成されており、この補強部材5と前記弾性支持部材3とで前記検出基板4が挟まれている。
図1に示すように、前記補強部材5の周縁部には係止片5c,5cが上方へ折り曲げ形成されており、前記検出基板4に形成された穴4c,4cに挿通され、さらに前記弾性支持部材3に形成されたスリット状の係止穴3c,3cに挿入されている。また係止片5c,5cの先端が外側に短く折り曲げられて、その先端部が前記弾性支持部材3に係止されて抜け止めされている。このようにして前記弾性支持部材3と前記検出基板4とが補強部材5上に位置決めされている。
前記入力装置1を筐体10へ取り付ける方法としては、図1に示すように、筐体10の裏面に形成された位置決めピン12,12によって行われる。すなわち、前記位置決めピン12,12は筐体10の内面10bに内方へ突出形成されており、この位置決めピン12,12が、前記弾性支持部材3、検出基板4及び補強部材5にそれぞれ形成された貫通孔3d,3d、4d,4d、5d,5dに挿通されている。また前記位置決めピン12,12の先端は、前記補強部材5の裏側に設けられたベース部材11に形成された凹部11a,11aに位置している。よって本実施の形態の入力装置1では、筐体10に所定の形状の位置決めピン12を所定の位置に設けるだけで筐体10内に容易に組み込むことができる。
また、前記入力装置1では、操作体2が筐体10に形成された開口部10aに内側から挿入されるが、このとき前記開口部10aの縁部で前記操作体2に形成されたフランジ2bが係止されて、前記操作体2が前記開口部10aから外側に抜け出るのが規制されている。
上記した入力装置1では、前記操作体2の操作部2x1,2x2,2y1,2y2の一部が開口部10aから外側へ突出するように支持されて、前記操作部2x1,2x2,2y1,2y2が押圧操作可能になっている。例えば操作体2の操作部2x1が押されると、操作体2が傾けられて前記操作部2x1で弾性押圧体3bが押圧され、前記弾性押圧体3bの押圧部3b1により検出基板4が弾性変形させられて、低抵抗体6bが抵抗素子6aに接触する。さらに操作部2x1が押し込まれると、弾性押圧体3bの押圧部3b1が圧縮変形するとともに検出基板4がさらに撓んで、抵抗素子6aと低抵抗体6bとの接触面積が増大する。なお、その他の操作部2x2,2y1,2y2が押された場合についても同様に動作させられる。
操作部2x1の押圧ストロークまたは押圧力が強くなるにしたがって、抵抗素子6aと低抵抗体6bとの接触面積が増大するが、この接触面積の増大により、前記電極膜6c1と電極膜6c2との間の電気抵抗値が低下していく。すなわち操作部2x1の押圧ストロークまたは押圧力が強くなるにしたがって、電極膜6c1と電極膜6c2との間の電気的抵抗値の出力がアナログ的に変化するものとなる。
図5に示すように、本実施の形態の入力装置1に設けられた接点6は、操作体2が押圧操作されていないときに、抵抗素子6aと低抵抗体6bとが接触するように設定されている。ただしこのとき、前記検出基板4に設けられた検出部6Sでは、前記電極6s1と6s2とは接触しないように設定されている。
そして図6に示すように、図5に示す状態から操作体2がその上部から低荷重の力Fで押圧されまたは触れられると、操作体2が押し下げられて、前記検出部6Sの電極6s1と6s2とが互いに接触する。この接触状態が検知されることで操作体2が操作されたことが検知される。
この場合、支持突起2aは合成樹脂などの硬質の部材(剛性の高い部材)で形成されているため、操作体2が押圧されたときに直ちに検出基板4が変形させられて電極6s1と6s2とが接触する。一方、弾性押圧体3bはゴムなどの軟質な部材(剛性の低い部材)で形成されているため、この弾性押圧体3bによって検出基板4を変形させる変形量は、支持突起2aによって検出基板4を変形させる変形量よりも小さくなる。すなわち、電極6s1と6s2とが支持突起2aによって接触したとしても、抵抗素子6aと低抵抗体6bとの接触面積は大きく増大せず、操作体2の操作部2x1,2x2,2y1,2y2をさらに所定のストロークで押圧操作でき、所定の幅の出力を得ることができる。
図7は、本発明の入力装置を示す回路ブロック図である。図7において符号X1は操作部2x1に対応する検出部、符号X2は操作部2x2に対応する検出部、符号Y1は操作部2y1に対応する検出部、符号Y2は操作部2y2に対応する検出部である。また図7に示すように、前記検出部X1は抵抗素子6a1と低抵抗体6b1で構成され、前記検出部X2は抵抗素子6a2と低抵抗体6b2で構成され、前記検出部Y1は抵抗素子6a3と低抵抗体6b3で構成され、前記検出部Y2は抵抗素子6a4と低抵抗体6b4で構成されているものとする。
検出部X1の抵抗素子6a1と検出部X2の抵抗素子6a2は直列に接続されて抵抗素子列6xが形成され、検出部Y1の抵抗素子6a3と検出部Y2の抵抗素子6a4とが直列に接続されて抵抗素子列6yが形成されている。そして、前記抵抗素子列6xと抵抗素子列6yとが並列に接続されている。
この入力装置1を制御する制御部30は、CPU、記憶部、アナログの入力信号をディジタルに変換して前記CPUに与えるA/D変換部および入力部(入力ポート)などを有するICである。
前記抵抗素子列6xでは、抵抗素子6a1と抵抗素子6a2の中点がX出力部15Xであり、前記抵抗素子列6yでは、抵抗素子6a3と抵抗素子6a4の中点がY出力部15Yである。前記X出力部15Xから得られる電圧値は、前記制御部30のX入力A/D変換部31に与えられ、前記Y出力部15Yから得られる電圧値は、Y入力A/D変換部32に与えられる。
抵抗素子列6xと抵抗素子列6yとの一方の並列接続部16aには、電源電圧(Vdd)が与えられる。また、抵抗素子列6xと抵抗素子列6yとの他方の並列接続部16bは、アース電位に設定されている。
また、検出部6Sの電極6s1の一端は、前記制御部30の入力部35に接続され、電極6s1の他端はアース電位に設定されている。
この入力装置1では、電源電圧Vddが印加されている状態において、操作体2が所定時間連続して操作されずに電極6s1と6s2とが離れた状態が経過するとスリープモードに設定される。このスリープモードでは、各検出部X1,X2,Y1,Y2への通電が停止されて、入力装置1の省電力化が図られている。スリープモードの状態において前記操作体2が押圧されて前記電極6s1と6s2とが互いに接触すると、前記入力部35での電位が変化するため、前記制御部30では操作体2が操作されたことが認識される。
操作体2が操作されたことが認識されると、スリープモードから検出モードに切り換えられる。この検出モードにおいて、抵抗素子6a1,6a2,6a3,6a4のいずれかに低抵抗体6b1,6b2,6b3,6b4が接触して抵抗値が変化すると、X出力部15XとY出力部15Yの少なくとも一方の電圧値が変化する。
なお、本発明の入力装置は前記実施の形態に限られるものではなく、1つの抵抗素子列だけを有しているものであってもよいし、1つの抵抗素子列に3個以上の抵抗素子が設けられて、それぞれの抵抗素子と抵抗素子との間から電圧値が出力されるものであってもよい。
次に、図8のフローチャートを用いて、入力装置1の一連の動作を説明する。なお図8では、各ステップを「ST」で示す。
この入力装置1の電源が投入されると(ST1)、イニシャライズ動作に移行する(ST2)。このイニシャライズ動作では、検出部6Sの電極6s1と6s2とが接触していないことが確認される(ST3)。またイニシャライズ動作では、検出モードが設定され(ST4)、X出力部15Xの電圧値がX入力A/D変換部31に取り込まれてこの電圧値が、制御部30においてX方向の出力のセンター値(X方向基準値)として記憶される。同様に、Y出力部15Yの電圧値がY入力A/D変換部32に取り込まれて、この電圧値が、制御部30においてY方向の出力のセンター値(Y方向基準値)として記憶される(ST5、ST6)。
前記X方向のセンター値とは、X入力A/D変換部31でのディジタル値の分割数(例えば「128」、「256」など)の中央値を意味している。すなわち、検出部X1,X2,Y1,Y2のいずれにおいても低抵抗体が抵抗素子に接触していないときに、X出力部15Xの電圧値が前記分割数のセンター値として、またY出力部15Yの電圧値が、前記分割数のセンター値として、それぞれ記憶部に記憶される(ST6)。
イニシャライズ動作で、X方向のセンター値とY方向のセンター値が更新された後に、ST7において検出部6Sの電極6s1と6s2とが接触したか否かが監視され、電極6s1と6s2とが接触したときには(yes)、検出モードに移行する(ST8)。この検出モードは通常の操作モードであり、検出部X1,X2,Y1,Y2での動作が監視される。
ST8の検出モードにおいて、操作体2が操作されて、X出力部15XとY出力部15Yの電位が変化すると、この電圧値がX入力A/D変換部31とY入力A/D変換部32においてディジタル変換される(ST9)。制御部30のCPUでは、X入力のディジタル変換値とX方向のセンター値との差が求められて、X方向へのアナログ的な座標入力値として認識され、同様にY入力のディジタル変換値とY方向のセンター値との差が求められて、Y方向へのアナログ的な座標入力値として認識される(ST10)。
ST7において検出部6Sの電極6s1と6s2とが接触していない状態が所定時間連続して続いた場合には、スリープモードに移行して(ST11)、省電力化が図られる。このスリープモードにおいて、前記検出部6Sの電極6s1,6s2の非接触状態が一定時間(T1)継続していると判断されたら(ST12)、ST5の検出モードに戻って、X出力部15XとY出力部15Yの出力により、前記X方向のセンター値とY方向のセンター値とが更新される。このようにスリープモードに移行した後もセンターを更新することで、使用環境が変化したときなどに対応することができる。
ST12において一定時間(T1)が経過していなければ、ST7に戻って上記した処理が同様に行われる。
このように、操作体2が操作されていないときにスリープモードを設定することにより無駄な電力消費を削減することができる。また操作体2が操作されていない状態がT1時間継続したときは、再度X方向のセンター値とY方向のセンター値を更新することで、各抵抗素子6a(6a1,6a2,6a3,6a4)の抵抗値が厳密に同一でなく、また温度変化などにより抵抗値が変動した場合であっても、X方向入力とY方向入力のディジタルでの分割数のセンター値を常に更新して検出動作に移行することにより、X−Y座標入力を高精度に実現できる。
また本実施の形態では、検出部X1,X2,Y1,Y2とは別個に接触式の検出部6Sが設けられているため、操作体2が非操作の状態で抵抗素子と低抵抗体とを接触状態に設定したとしてもスリープモードを確実に解除できる。さらに回路を簡略化することができる。
図9は、本発明の入力装置と従来の入力装置における押圧ストローク(X軸)と出力(Y軸)との関係を示すグラフである。従来の入力装置では、操作体2が操作されていないときの抵抗素子6aと低抵抗体6bとは非接触の状態に設定する必要があったため、図の破線S1で示すように大きな不感帯が発生し、操作体2をある一定量以上の押圧ストローク(押圧力)で押圧操作するまで出力が何も得られない状態が発生した。しかし、本実施の形態の入力装置1では、抵抗素子6aと低抵抗体6bとを予め接触した状態に設定できるため、図の実線S2で示すように不感帯を小さくまたは無くすことができ、操作性を向上できる。
また、不感帯が大きいと操作体2の押圧ストロークが低いときの角度特性がX軸方向またはY軸方向に偏って出力される不都合が生じるが、本実施の形態のように不感帯を小さく設定できると前記軸方向に偏る前記不都合を解消できる。
また、前記したように非操作時の状態で抵抗素子6aと低抵抗体6bとを接触させておくことができるので、図4に示す3層構造の検出基板4の離間シート4mに形成される穴4m1の開口寸法を広げることが可能になり、設計の自由度を向上できる。すなわち、従来の入力装置では誤入力を防止するために前記穴4m1の開口寸法を抵抗素子や低抵抗体の電極面積よりも狭めて抵抗素子と低抵抗体とが操作時を除いて非接触となることを保証する必要があるが、本実施の形態の入力装置1ではこのような保証が不要となる。
なお、本発明の検出手段としては、検出基板4に電極を互いに対向させたものに限らず、支持突起2aの位置を検出できる光や磁気を利用した検出手段であってもよい。
本発明の入力装置の一例を示す分解斜視図、 本発明の入力装置を操作面側から見たときの平面図、 図2の3−3線での断面図、 接点を示す拡大断面図、 非操作時の入力装置を示す動作説明図、 操作時の入力装置を示す動作説明図、 入力装置の回路ブロック図、 動作フローチャート、 押圧ストロークと出力との関係を示すグラフ、
符号の説明
X1,X2,Y1,Y2 検出部
1 入力装置
2 操作体
3b 弾性押圧体
4 検出基板
6 接点
6a(6a1,6a2,6a3,6a4) 抵抗素子
6b(6b1,6b2,6b3,6b4) 低抵抗体
6S 検出部
6s1,6s2 電極
10 筐体
6x,6y 抵抗素子列
16a,16b 並列接続部
30 制御部
31 X入力A/D変換部
32 Y入力A/D変換部

Claims (4)

  1. 操作体と、前記操作体によって押圧操作される抵抗検出部と、前記操作体によって押圧操作されるスイッチ検出部とが設けられており、
    前記抵抗検出部は、抵抗素子と前記抵抗素子よりも低抵抗の低抵抗体とが接触しており、前記操作体へ与えられる押圧操作力が変化すると前記抵抗素子と前記低抵抗体との接触面積が増大して、検出される抵抗値が変化するものであり、
    前記スイッチ検出部は、前記操作体が押圧されたときに検知状態となるものであり、
    前記操作体が押圧操作されていないときは、前記抵抗検出部の前記抵抗素子と前記低抵抗体とが接触し且つ前記スイッチ検出部が非検知状態であり、このとき前記抵抗検出部に通電されないスリープモードが設定され、
    前記操作体が押圧されて前記スイッチ検出部が検知状態に切り替わると、前記スリープモードが解除されて前記抵抗検出部へ通電され、前記抵抗素子と前記低抵抗体との接触面積の変化による前記抵抗値の変化を検出することが可能となることを特徴とする入力装置。
  2. 前記スイッチ検出部は、前記操作体に設けられた突起によって押圧操作させられ、前記抵抗検出部は、前記操作体が押圧されたときに前記突起よりも軟質な弾性押圧体を介して押圧操作させられる請求項1記載の入力装置。
  3. 前記抵抗検出部は、前記突起を挟んで複数箇所に設けられており、前記操作体が押圧されて前記スイッチ検出部が検知状態とされた後に、さらに前記操作体が押圧操作されると、前記操作体が前記突起を支点として傾くことで、いずれかの前記抵抗検出部が押圧操作される請求項2記載の入力装置。
  4. 前記スリープモードが解除されて前記抵抗検出部へ通電された後に、前記スイッチ検出部が非検知状態になると、その後の所定時間が経過した後に前記スリープモードが設定される請求項1ないし3のいずれかに記載の入力装置。
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