JP4438648B2 - Input device - Google Patents

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Description

本発明は、静電容量変化型センサを用いて入力される入力装置に係り、特に、複数の入力キーを有する小型携帯端末機などの入力装置に好適に利用可能となる入力装置に関する。   The present invention relates to an input device that is input using a capacitance change sensor, and more particularly to an input device that can be suitably used for an input device such as a small portable terminal having a plurality of input keys.

一般に、複数の入力キーを有する入力装置は、パーソナルコンピュータのキーボード、電卓、携帯電話機などのテンキーや十字キーなどに広く用いられている。このような入力装置として、現在、様々な入力方式のものが存在しているが、その中でも、静電容量変化型近接センサを用いて形成された入力装置は、他のセンサを用いて形成された入力装置と比較して、薄型化および低廉化をより効率的に図ることができるものである。   In general, an input device having a plurality of input keys is widely used for a numeric keypad, a cross key, and the like of a keyboard of a personal computer, a calculator, and a mobile phone. Currently, there are various input methods as such input devices. Among them, an input device formed using a capacitance change proximity sensor is formed using other sensors. Compared with an input device, it is possible to more efficiently achieve a reduction in thickness and cost.

図12は、この種の静電容量変化型の入力装置101の一例を示している。この入力装置101は、表面シートに印刷成形された入力キー102と、この入力キー102と対向する位置に配設された平板状の電極103と、この電極103の静電容量Cの変化を検出する制御部とによって形成されている。そして、入力キー102に人体Hが接近または接触することによって発生する電極103の静電容量Cの変化をその制御部(図示せず)が検出するため、所望のキー入力を行なうことが可能となっている(特許文献1を参照)。これによって、例えばシート状の入力デバイスなどに用いることが可能となる。   FIG. 12 shows an example of this type of capacitance change type input device 101. This input device 101 detects an input key 102 printed on a surface sheet, a plate-like electrode 103 disposed at a position facing the input key 102, and a change in the capacitance C of the electrode 103. And a control unit. And since the control part (not shown) detects the change of the electrostatic capacitance C of the electrode 103 generated when the human body H approaches or contacts the input key 102, it is possible to perform a desired key input. (See Patent Document 1). Thus, it can be used for, for example, a sheet-like input device.

また、前述した静電容量変化型の入力装置101は、プッシュ式の入力装置としても用いることが可能となっている。例えば、図13および図14に示すように、この静電容量変化型の入力装置101は、基板106に形成された環状の電極103に金属製の反転ドーム105を固着させ、その反転ドーム105の頭部と対向するように押下自在の入力キー102が配設されている。また、接地している接点部材107が、電極103と絶縁状態を保ちながらその電極103の中心に形成されている。そのため、人体Hが入力キー102に近接した際には、図13(a)に示すように、電極103と接触している反転ドーム105の静電容量Cの変化を検出することによって、近接によるキー入力を行なうことが可能となっている。また、入力キー102に接触した人体Hがその入力キー102を押下した際には、図13(b)に示すように、反転ドーム105の形状が凹入して反転する方向に変化することによって、中心にある接点部材107と接触し、反転ドーム105を介して接点部材107と接触した電極103の静電状態(接地状態になると電極103の電荷が0となる)を検出することによって、入力キー102の押下によるキー入力を行なうことが可能となっている(特許文献2を参照)。これによって、静電容量変化型の入力装置101においても良好なクリック感を得ることが可能となる。また、人体Hを入力キー102へ接触させてから押下するといった2段階のスイッチング動作が可能となるため、例えばデジタルカメラのシャッターボタンなどの2段式スイッチに用いることが可能となっている。   The capacitance change type input device 101 described above can also be used as a push-type input device. For example, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, this capacitance change type input device 101 has a metal inversion dome 105 fixed to an annular electrode 103 formed on a substrate 106, and An input key 102 that can be pressed down is disposed so as to face the head. In addition, a grounded contact member 107 is formed at the center of the electrode 103 while being insulated from the electrode 103. Therefore, when the human body H approaches the input key 102, as shown in FIG. 13A, the change in the capacitance C of the inversion dome 105 that is in contact with the electrode 103 is detected. Key input can be performed. Further, when the human body H touching the input key 102 depresses the input key 102, the shape of the reversing dome 105 changes in the direction of being recessed and reversed as shown in FIG. 13B. By detecting the electrostatic state of the electrode 103 that is in contact with the contact member 107 at the center and is in contact with the contact member 107 via the inversion dome 105 (the electric charge of the electrode 103 becomes 0 when the ground state is established) Key input can be performed by pressing the key 102 (see Patent Document 2). Thereby, it is possible to obtain a good click feeling even in the capacitance change type input device 101. Further, since a two-step switching operation in which the human body H is brought into contact with the input key 102 and then pressed is possible, it can be used for a two-stage switch such as a shutter button of a digital camera, for example.

ここで、前述した近接状態のみ検出する入力装置、もしくは近接状態および押下状態の両方を検出する入力装置とのどちらの静電容量変化型の入力装置101においても、基板106に形成された電極103の静電容量Cを検出することによって入力された入力キー102を検出するため、その大前提として、電極103の静電容量Cを変化させることが必要となる。ここで、この電極103の静電容量Cは、被検出体(人体H)と電極103との対向面積Shに比例し、被検出体(人体H)から電極103までの対向距離dに反比例する関係を有している(後述の数1式を参照)。また、それら対向面積Shおよび対向距離dが変化することによって、その電極103の静電容量Cを変化させることが可能となっている(特許文献1および2を参照)。   Here, in any of the capacitance change type input devices 101 such as the input device that detects only the proximity state described above or the input device that detects both the proximity state and the pressed state, the electrode 103 formed on the substrate 106 is used. In order to detect the input key 102 that has been input by detecting the capacitance C, it is necessary to change the capacitance C of the electrode 103 as a major premise. Here, the capacitance C of the electrode 103 is proportional to the facing area Sh between the detected body (human body H) and the electrode 103 and inversely proportional to the facing distance d from the detected body (human body H) to the electrode 103. There is a relationship (see Equation 1 below). Further, the capacitance C of the electrode 103 can be changed by changing the facing area Sh and the facing distance d (see Patent Documents 1 and 2).

特開2004−201175号公報JP 2004-2011175 A 特開2004−334738号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-334738

しかしながら、静電容量変化型の入力装置101において、前述した対向距離dは、無制限に設定することのできる値ではなく、電極103の静電容量の変化を制御部が検出可能な距離、即ち、動作距離の範囲内に設定しなければ入力装置101が動作することのないために、上限が決められた値となっている。そのため、入力キー102の前面(人体Hが近接する面)から電極103までの配設距離となる対向距離dは極めて短い距離に制限されてしまう場合があるという問題があった。   However, in the capacitance change type input device 101, the above-mentioned facing distance d is not a value that can be set indefinitely, but a distance at which the control unit can detect a change in the capacitance of the electrode 103, that is, Since the input device 101 does not operate unless it is set within the range of the operating distance, the upper limit is determined. Therefore, there is a problem that the facing distance d, which is the disposition distance from the front surface of the input key 102 (surface on which the human body H is close) to the electrode 103, may be limited to an extremely short distance.

例えば、図12に示すように、入力キー102と基板106との間に形成された空気層が0.6〜0.9mm程度の厚みをもって介在している場合、入力キー102などの固体と比較して空気の比誘電率が極めて小さいことから、その入力キー102は0.3〜0.6mm程度の厚みに制限されることとなる。その結果、対向距離dの最大は1.2mm程度に限られてしまうこととなる。つまり、静電容量変化型の入力装置101を他の電子機器に配設する際、その対向距離dは前述したような短い距離に制限されてしまうため、あまり好ましいとはいえない。   For example, as shown in FIG. 12, when an air layer formed between the input key 102 and the substrate 106 is interposed with a thickness of about 0.6 to 0.9 mm, it is compared with a solid such as the input key 102. Since the relative permittivity of air is extremely small, the input key 102 is limited to a thickness of about 0.3 to 0.6 mm. As a result, the maximum facing distance d is limited to about 1.2 mm. In other words, when the capacitance change type input device 101 is disposed in another electronic device, the facing distance d is limited to a short distance as described above, which is not preferable.

また、図13および14に示すように、押下自在の入力キー102の背後に金属製反転ドーム105を配設して、良好なクリック感およびメカニカル接点スイッチ機能を得た静電容量変化型の入力装置101の場合、動作距離となる対向距離d’は入力キー102の前面から反転ドーム105の頭部までの距離であるため、前述した入力キー102の前面から電極103までの対向距離d(図12を参照)よりも短くなる。しかし、クリック感を向上させるために形成されている入力キーの凸部102aによって、対向面積Sが小さくなるため、入力キー102が金属製の反転ドーム105に接触している状態においても、その対向距離dは前述したような短い距離に制限されてしまうという問題を解決するまでには至っていなかった。   Further, as shown in FIGS. 13 and 14, a capacitance reversal type input having a good click feeling and a mechanical contact switch function by arranging a metal inversion dome 105 behind an input key 102 that can be pressed freely. In the case of the device 101, the facing distance d ′ that is the operating distance is the distance from the front surface of the input key 102 to the head of the inverting dome 105, and thus the facing distance d (see FIG. 12). However, since the facing area S is reduced by the convex portion 102a of the input key formed to improve the click feeling, even when the input key 102 is in contact with the metal inversion dome 105, the facing of the facing portion S is reduced. The distance d has not been solved until the problem that the distance d is limited to a short distance as described above.

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、基板上に形成された電極の形状を変化させることなく入力装置の動作距離を長くすることが可能となる入力装置を提供することを本発明の目的としている。   Therefore, the present invention has been made in view of these points, and provides an input device that can increase the operating distance of the input device without changing the shape of the electrode formed on the substrate. Is the object of the present invention.

また、本発明の他の目的としては、入力装置の動作距離を長くするとともに良好なクリック感を得ることが可能となる入力装置を提供することとしている。   Another object of the present invention is to provide an input device capable of increasing the operating distance of the input device and obtaining a good click feeling.

さらに、本発明の他の目的としては、入力装置の動作距離を長くするとともに様々な入力キーの形状に適用することが可能となる入力装置を提供することとしている。   Another object of the present invention is to provide an input device that can be applied to various input key shapes while increasing the operating distance of the input device.

前述した目的を達成するため、本発明の入力装置は、その第1の態様として、基板上に形成された第1の電極と、第1の電極に対向して配設されている誘電体製の入力キーと、第1の電極から入力キーの前面までの間に配設されている非接地状態の第2の電極と、第1の電極の静電容量の変化を検出する静電容量検出手段とを備えている。そして、第1の態様の入力装置における第1の電極と第2の電極との間に、それら相互に接触して配設されている導電部材を備えていることを特徴としている。さらに、第2の電極は、入力キーの前面に接近した人体によって第2の電極の静電容量が変化する位置に配設されていることを特徴としている。 In order to achieve the above-described object, the input device according to the present invention includes, as a first aspect, a first electrode formed on a substrate and a dielectric made to face the first electrode. An input key, a non-grounded second electrode disposed between the first electrode and the front surface of the input key, and capacitance detection for detecting a change in capacitance of the first electrode Means. The input device according to the first aspect includes a conductive member disposed between the first electrode and the second electrode in contact with each other. Further, the second electrode is arranged at a position where the capacitance of the second electrode is changed by a human body approaching the front surface of the input key.

本発明の第1の態様によって、第1の電極の静電容量を変化させる動作距離は、操作者の指先(被検出体)から第2の電極までの距離となるため、操作者の指先(被検出体)から電極(本発明においては第1の電極)の表面までの動作距離を従来よりも長くすることが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the operating distance for changing the capacitance of the first electrode is the distance from the operator's fingertip (detected body) to the second electrode. The operating distance from the object to be detected) to the surface of the electrode (the first electrode in the present invention) can be made longer than before.

本発明の入力装置の第2の態様は、その第1の態様の入力装置に備わる入力キーが押下自在に形成されており、かつ導電部材が入力キーの押下方向に対して反転力を生じるように形成されていることを特徴としている。 According to a second aspect of the input device of the present invention, the input key provided in the input device according to the first aspect is formed so as to be freely pressed, and the conductive member generates a reversal force with respect to the pressing direction of the input key. It is characterized by being formed.

本発明の第2の態様によって、キー入力時に良好なクリック感を与えることが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to give a good click feeling during key input.

本発明の入力装置の第3の態様は、その第2の態様の入力装置に備わる第1の電極と絶縁されて基板上に形成された接点部材が、入力キーの押下の際に、第2の電極もしくは導電部材と接触する位置に配設されていることを特徴としている。 According to a third aspect of the input device of the present invention, when the contact member formed on the substrate and insulated from the first electrode of the input device of the second aspect is pressed when the input key is pressed. It is characterized by being disposed at a position in contact with the electrode or the conductive member.

本発明の第3の態様によって、近接スイッチの機能にメカニカル接点スイッチの機能を付加することが可能となる。 According to the third aspect of the present invention, the function of the mechanical contact switch can be added to the function of the proximity switch.

本発明の入力装置の第4の態様は、その第1から第3のいずれか1の態様の入力装置に備わる入力キーは、複数個配設された第1の電極の対向位置を覆うように一体に形成されていることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the input device of the present invention, the input key provided in the input device according to any one of the first to third aspects covers a position where the plurality of first electrodes disposed are opposed to each other. It is characterized by being integrally formed.

本発明の第4の態様によって、入力キーと第1の電極とを一対一に対応させて配設する必要がなくなるため、例えば方向キーなどに対しても本発明を用いることが可能となる。 According to the fourth aspect of the present invention, it is not necessary to arrange the input keys and the first electrodes in a one-to-one correspondence, so that the present invention can be used for, for example, direction keys.

本発明の入力装置の第5の態様は、その第1から第4のいずれか1の態様の入力装置に備わる静電容量検出手段が、クロック信号を発生するクロック信号生成手段と、入力キーに人体が接近または接触したときの電極の静電容量に応じてクロック信号に遅延処理を行なう遅延手段と、遅延処理がなされたクロック信号と遅延処理がなされていないクロック信号とを入力し、遅延処理がなされたクロック信号の遅延量に応じて出力信号を出力する論理積手段と、論理積手段の出力信号を平滑化してアナログ信号にする平滑手段と、アナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換手段と、得られたディジタル信号に基づいて人体が接近または接触した入力キーを検出する制御部とを有して形成されていることを特徴としている。 According to a fifth aspect of the input device of the present invention, the capacitance detecting means provided in the input device according to any one of the first to fourth aspects includes a clock signal generating means for generating a clock signal, and an input key. A delay means for performing delay processing on the clock signal according to the capacitance of the electrode when a human body approaches or comes into contact with the clock signal, a clock signal that has been subjected to delay processing, and a clock signal that has not been subjected to delay processing are input, and delay processing is performed. AND means for outputting an output signal in accordance with the amount of delay of the clock signal, smoothing means for smoothing the output signal of the AND means into an analog signal, and A / D for converting the analog signal into a digital signal It is characterized by comprising conversion means and a control unit for detecting an input key that a human body approaches or touches based on the obtained digital signal.

本発明の第5の態様によって、容易成形性および検出確実性を有する静電容量検出手段を形成することが可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to form a capacitance detecting means having easy moldability and detection reliability.

本発明の入力装置によって、動作距離を長くすることが可能となるため、入力キーの厚さの許容範囲が従来よりも拡大するという効果を奏する。   With the input device of the present invention, it is possible to increase the operating distance, so that the allowable range of the thickness of the input key is increased compared to the conventional case.

また、本発明は、従来の静電容量変化型入力装置と比較して大きな設計変更を要することがないため、動作距離の向上が迅速かつ安価に行えるという効果を奏する。   In addition, since the present invention does not require a large design change as compared with the conventional capacitance change type input device, the operation distance can be improved quickly and inexpensively.

以下、図1から図11を参照しながら本発明の入力装置の5つの実施形態を説明する。   Hereinafter, five embodiments of the input device of the present invention will be described with reference to FIGS.

ここで、図1から図11について説明する。図1は本発明の入力装置の第1の実施形態の断面図を示したものである。図2は第1から第5の実施形態に係る静電容量検出手段を示している。図3はグラフを用いて第1の電極の静電容量の変化の一例を示している。図4は本発明の入力装置の第2の実施形態の断面図を示したものである。図5は、図4に示した導電部材を斜視的に示している。図6は本発明の入力装置の第3の実施形態の断面図を示したものである。図7は図6に示した反転ドーム形状の導電部材を斜視的に示している。図8は本発明の入力装置の第4の実施形態の断面図を示したものである。図9は図8に示した第2の電極と一体形成された導電部材を斜視的に示している。図10は本発明の入力装置の第5の実施形態を斜視的に示したものである。そして、図11は図10の11−11矢視断面図を示したものである。
(1)第1実施形態
第1実施形態の入力装置1は、図1に示すように、コンピュータ、電卓、携帯電話機、PDAなどの入力装置として、それらの電子機器内に配設されている。この入力装置1は、入力キー2、基板6、第1の電極3、第2の電極4および第1の電極3の静電容量C1の変化を検出する静電容量検出手段(図1においては図示せず)とを備えている。
Here, FIG. 1 to FIG. 11 will be described. FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of an input device according to the present invention. FIG. 2 shows capacitance detection means according to the first to fifth embodiments. FIG. 3 shows an example of a change in capacitance of the first electrode using a graph. FIG. 4 shows a cross-sectional view of a second embodiment of the input device of the present invention. FIG. 5 is a perspective view of the conductive member shown in FIG. FIG. 6 shows a cross-sectional view of a third embodiment of the input device of the present invention. FIG. 7 is a perspective view of the conductive member having the inverted dome shape shown in FIG. FIG. 8 shows a cross-sectional view of a fourth embodiment of the input device of the present invention. FIG. 9 is a perspective view of the conductive member formed integrally with the second electrode shown in FIG. FIG. 10 is a perspective view of a fifth embodiment of the input device of the present invention. FIG. 11 shows a cross-sectional view taken along arrow 11-11 in FIG.
(1) First Embodiment As shown in FIG. 1, an input device 1 according to a first embodiment is disposed in an electronic device as an input device such as a computer, a calculator, a mobile phone, or a PDA. This input device 1 includes a capacitance detection means (in FIG. 1) for detecting changes in the capacitance C1 of the input key 2, the substrate 6, the first electrode 3, the second electrode 4, and the first electrode 3. (Not shown).

入力キー2は、シート状に形成された誘電体製の表面シート上に印刷成形されている。また、この入力キー2の背面には、図1に示すように、平板状に形成された非接地状態の第2の電極4が印刷形成されている。そして、入力キー2の厚さd2は、その前面に人体が接近した際、第2の電極4の静電容量C2を変化させることが可能な距離を超えない程度に形成されている。具体的には、2.1〜2.4mm程度となっている。なお、従来の入力キーの厚さは、0.3〜0.6mm程度である。   The input key 2 is printed on a dielectric surface sheet formed in a sheet shape. Further, as shown in FIG. 1, a non-grounded second electrode 4 formed in a flat plate shape is printed on the back surface of the input key 2. The thickness d2 of the input key 2 is formed so as not to exceed a distance that can change the capacitance C2 of the second electrode 4 when a human body approaches the front surface. Specifically, it is about 2.1 to 2.4 mm. The thickness of the conventional input key is about 0.3 to 0.6 mm.

絶縁性を有する基板6上には、平板状の第1の電極3が入力キー2および第2の電極4と対向するように形成されている。つまり、第1の電極3と第2の電極4は、平行平板コンデンサの関係となるように形成されている。また、第1の電極3と第2の電極4との対向距離d1は、第2の電極4が存在することによって第1の電極3の静電容量C1が変化する位置関係を有して設定されている。具体的には、0.6〜0.9mm程度となっており、この設定値は従来のものと同程度となっている。   A flat plate-like first electrode 3 is formed on the insulating substrate 6 so as to face the input key 2 and the second electrode 4. That is, the first electrode 3 and the second electrode 4 are formed so as to have a parallel plate capacitor relationship. The facing distance d1 between the first electrode 3 and the second electrode 4 is set with a positional relationship in which the capacitance C1 of the first electrode 3 changes due to the presence of the second electrode 4. Has been. Specifically, it is about 0.6 to 0.9 mm, and this set value is about the same as the conventional one.

第1の電極3と接続している導線の一端には、当該第1の電極3(A、B、C・・・)の静電容量C1の変化を検出する静電容量検出手段が接続されている。この静電容量検出手段は、図2に示すように、第1の電極3の形成個数分だけ用意された検出チャンネルCH(1、2、3、・・・)と、検出チャンネルCHと接続している制御部16とを有して形成されている。また、各検出チャンネルCHは、クロック信号生成手段11、遅延手段12(A、B、C、・・・)、論理積手段13(A、B、C、・・・)、平滑手段14(A、B、C、・・・)およびA/D変換手段15(A、B、C、・・・)を有して形成されている。   Capacitance detection means for detecting a change in the capacitance C1 of the first electrode 3 (A, B, C...) Is connected to one end of the conducting wire connected to the first electrode 3. ing. As shown in FIG. 2, this capacitance detection means is connected to detection channels CH (1, 2, 3,...) Prepared for the number of formed first electrodes 3 and detection channels CH. The control part 16 is formed. Each detection channel CH includes a clock signal generation means 11, a delay means 12 (A, B, C,...), A logical product means 13 (A, B, C,...), And a smoothing means 14 (A , B, C,...) And A / D conversion means 15 (A, B, C,...).

クロック信号生成手段11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ように形成されている。このクロック信号生成手段11の一方の出力端子は遅延手段12の入力端子と接続しており、その他方の出力端子は論理積手段13の入力端子と接続している。なお、各検出チャンネルCHは、クロック信号生成手段11を共用するように形成されている。   The clock signal generation means 11 is formed so as to continuously output a regular pulse signal having a predetermined frequency. One output terminal of the clock signal generating means 11 is connected to the input terminal of the delay means 12, and the other output terminal is connected to the input terminal of the AND means 13. Each detection channel CH is formed to share the clock signal generation means 11.

遅延手段12は、抵抗R(1、2、3、・・・)および前述した第1の電極3を有して形成されている。この遅延手段12の出力端子は論理積手段13の入力端子と接続している。   The delay means 12 is formed having the resistor R (1, 2, 3,...) And the first electrode 3 described above. The output terminal of the delay means 12 is connected to the input terminal of the logical product means 13.

論理積手段13は、ANDゲート回路を用いて形成されている。この論理積手段13の2つの入力端子は、前述したように、クロック信号生成手段11および遅延手段12の出力端子と接続している。そして、論理積手段13の出力端子は、平滑手段14の入力端子と接続している。   The logical product means 13 is formed using an AND gate circuit. The two input terminals of the logical product means 13 are connected to the output terminals of the clock signal generation means 11 and the delay means 12 as described above. The output terminal of the logical product means 13 is connected to the input terminal of the smoothing means 14.

論理積手段13の出力端子と接続している平滑手段14は、抵抗r(1、2、3、・・・)およびコンデンサc(1、2、3、・・・)を有する平滑回路によって形成されている。この平滑手段14の出力端子はA/D変換手段15(A、B、C・・・)の入力端子と接続している。   The smoothing means 14 connected to the output terminal of the AND means 13 is formed by a smoothing circuit having a resistance r (1, 2, 3,...) And a capacitor c (1, 2, 3,...). Has been. The output terminal of the smoothing means 14 is connected to the input terminal of the A / D conversion means 15 (A, B, C...).

平滑手段14と接続しているA/D変換手段15は、A/Dコンバータを用いて形成されている。このA/D変換手段15の出力端子は、制御部16に形成された検出チャンネルCH用の入力端子の1つと接続している。   The A / D conversion means 15 connected to the smoothing means 14 is formed using an A / D converter. The output terminal of the A / D conversion means 15 is connected to one of the input terminals for the detection channel CH formed in the control unit 16.

各検出チャンネルCHが接続された制御部16は、演算処理を行なうCPU(図示せず)を有して形成されている。また、この制御部16は、各検出チャンネルCHに形成された各第1の電極3の静電容量C1の変化を検出しすることによって、複数の入力キー2の中から人体Hが接触もしくは近接された入力キー2を検出するように形成されている。   The control unit 16 to which each detection channel CH is connected has a CPU (not shown) that performs arithmetic processing. Further, the control unit 16 detects a change in the capacitance C1 of each first electrode 3 formed in each detection channel CH, so that the human body H comes into contact with or approaches from among the plurality of input keys 2. The input key 2 is detected.

次に、第1実施形態の入力装置1の作用について説明する。   Next, the operation of the input device 1 of the first embodiment will be described.

本実施形態の入力装置1は、第1の電極3から得られた静電容量C1の変化を検出することによって、複数の入力キー2の中から入力操作を受けた特定の入力キー2を検出する。ここで、この第1の電極3と対向する位置には第2の電極4が配設されているため、第1の電極3と第2の電極4との間に、第2の電極4が非接地状態となる平行平板コンデンサが形成されることとなる。このとき、図1に示すように、入力キー2の前面に被検出体(人体H)が近接すると、人体Hと第2の電極4との間の入力キー2が分極することによって、第2の電極4と人体Hとの静電容量C2が変化する。また、当該静電容量C2が変化すると、第2の電極4に対向している第1の電極3との間に形成されたコンデンサの静電容量C1も連関して変化し、当該静電容量C1の変化を静電容量検出手段が検出することとなる。つまり、人体Hから第1の電極3までの間に第2の電極4を配設することによって、分極させやすい誘電体の入力キー2を介在させた人体Hと第2の電極4の間との距離d2を拡大させることが可能となる。その結果、従来よりも動作距離(被検出体Hによって第1の電極3の静電容量C1が変化する距離)を拡大することが可能となっている。   The input device 1 according to the present embodiment detects a specific input key 2 that has received an input operation from among a plurality of input keys 2 by detecting a change in the capacitance C1 obtained from the first electrode 3. To do. Here, since the second electrode 4 is disposed at a position facing the first electrode 3, the second electrode 4 is interposed between the first electrode 3 and the second electrode 4. A parallel plate capacitor that is not grounded is formed. At this time, as shown in FIG. 1, when the detected object (human body H) comes close to the front surface of the input key 2, the input key 2 between the human body H and the second electrode 4 is polarized, so that the second The capacitance C2 between the electrode 4 and the human body H changes. When the capacitance C2 changes, the capacitance C1 of the capacitor formed between the first electrode 3 and the second electrode 4 also changes in association with the capacitance C2. The capacitance detecting means detects the change in C1. That is, by disposing the second electrode 4 between the human body H and the first electrode 3, between the human body H and the second electrode 4 with the dielectric input key 2 that is easily polarized interposed therebetween. It is possible to enlarge the distance d2. As a result, the operating distance (the distance at which the capacitance C1 of the first electrode 3 changes depending on the detection object H) can be increased as compared with the conventional case.

前述した第1の電極3と第2の電極4との間の静電容量C1(以下、単に「静電容量C1」という。)および第2の電極4と人体Hとの間の静電容量C2(以下、単に「静電容量C2」という。)は、第1の電極3と第2の電極4との対向面積Scおよび対向距離d1、ならびに第2の電極4と人体Hとの対向面積Shおよび対向距離d2によって変化するものであり、一般的に以下の数1式によって求められる。   The capacitance C1 between the first electrode 3 and the second electrode 4 described above (hereinafter simply referred to as “capacitance C1”) and the capacitance between the second electrode 4 and the human body H. C2 (hereinafter simply referred to as “capacitance C2”) is a facing area Sc and a facing distance d1 between the first electrode 3 and the second electrode 4, and a facing area between the second electrode 4 and the human body H. It varies depending on Sh and the facing distance d2, and is generally obtained by the following equation (1).

ここで、対向面積Sは、静電容量C1の場合、第1の電極3と第2の電極4との間の対向面積Scを用い、静電容量C2の場合、第2の電極4と人体Hとの対向面積Shを用いる。また、対向距離dは、静電容量C1の場合、第1の電極3と第2の電極4との間の対向距離d1を用い、静電容量C2の場合、第2の電極4と人体Hとの対向距離d2を用いる。そして、誘電率εは、静電容量C1の場合、空気の誘電率を用い、静電容量C2の場合、入力キー2の素材の誘電率を用いる。 Here, the facing area S is the facing area Sc between the first electrode 3 and the second electrode 4 in the case of the capacitance C1, and the second electrode 4 and the human body in the case of the capacitance C2. The area Sh facing H is used. Further, the facing distance d is the facing distance d1 between the first electrode 3 and the second electrode 4 in the case of the capacitance C1, and the second electrode 4 and the human body H in the case of the capacitance C2. The facing distance d2 is used. As the dielectric constant ε, the dielectric constant of air is used in the case of the capacitance C1, and the dielectric constant of the material of the input key 2 is used in the case of the capacitance C2.

前述したように、入力キー2に人体Hを接近または接触させると、第2の電極4と人体Hとの対向距離d2が小さくなり、対向面積Shが大きくなるため、数1式より、静電容量C2の値が大きくなる。すると、それに伴い、静電容量C1の値も連関して大きくなる。このようにして静電容量C1が変化した第1の電極3は、図2に示すような静電容量検出手段によって、当該静電容量C1の変化を検出することが可能となっている。なお、図1には示していないが、第1の電極3は基板6上に複数個配設されているため、図2においては静電容量C1が変化しない第1の電極3も記載してある。図2においては、複数個形成された第1の電極3A、3B、3C・・・のうち、第1の電極3Bの静電容量C1が変化したものとして説明する。   As described above, when the human body H is brought close to or in contact with the input key 2, the facing distance d2 between the second electrode 4 and the human body H is reduced and the facing area Sh is increased. The value of the capacity C2 increases. As a result, the value of the capacitance C1 also increases in association with it. Thus, the 1st electrode 3 from which the electrostatic capacitance C1 changed can detect the change of the said electrostatic capacitance C1 by an electrostatic capacitance detection means as shown in FIG. Although not shown in FIG. 1, a plurality of the first electrodes 3 are disposed on the substrate 6, and therefore, the first electrode 3 whose capacitance C1 does not change is also shown in FIG. is there. In FIG. 2, it is assumed that the capacitance C1 of the first electrode 3B is changed among the plurality of formed first electrodes 3A, 3B, 3C.

第1の電極3Bの静電容量C1が変化すると、第1の電極3Bが接続している検出チャンネルCH2の遅延手段12Bに備わっている抵抗R2と第1の電極3Bの静電容量C1との積とによって算出される時定数CRが大きくなる。そのため、クロック信号生成手段11から遅延手段12Bに入力されたクロック信号CK(図3(a)参照)には、遅延処理が施される。   When the capacitance C1 of the first electrode 3B changes, the resistance R2 provided in the delay means 12B of the detection channel CH2 to which the first electrode 3B is connected and the capacitance C1 of the first electrode 3B. The time constant CR calculated by the product increases. Therefore, the clock signal CK (see FIG. 3A) input from the clock signal generation unit 11 to the delay unit 12B is subjected to delay processing.

遅延手段12の時定数CRが大きくなると、図3(b)に示すように、遅延手段12Bに入力された矩形状のクロック信号CKは三角波状のクロック信号Sb(一点鎖線)へ遅延処理される。ここで、第1の電極3Bと人体Hとの間に第2の電極4Bが配設されているため、人体Hが入力キー2Bに近接していない場合、遅延手段12Bに入力された矩形状のクロック信号CKはなまった波形(実線)のクロック信号Saに予め遅延処理される。なお、第1の電極3Bと人体Hとの間に第2の電極4Bが配設されていない場合であって、人体Hが入力キー2Bに近接していない場合、遅延手段12Bに入力された矩形状のクロック信号CKは略矩形状(破線)のクロック信号S0となる。   When the time constant CR of the delay means 12 increases, as shown in FIG. 3B, the rectangular clock signal CK input to the delay means 12B is delayed to a triangular wave clock signal Sb (dashed line). . Here, since the second electrode 4B is disposed between the first electrode 3B and the human body H, when the human body H is not close to the input key 2B, the rectangular shape input to the delay means 12B. The clock signal CK is delayed by a rounded waveform (solid line) clock signal Sa in advance. When the second electrode 4B is not disposed between the first electrode 3B and the human body H, and the human body H is not close to the input key 2B, the input is made to the delay means 12B. The rectangular clock signal CK becomes a substantially rectangular (broken line) clock signal S0.

遅延手段12Bの時定数CRが大きい場合(入力キー2Bに人体が接近もしくは接触した場合)のクロック信号Sbと未処理のクロック信号CKとを論理積手段13Bに入力すると、図3(c)に示すように、しきい値を基準として得られたパルス幅tbを有する矩形状のパルス波Pbが出力される。一方、遅延手段12Bの時定数CRが小さい場合(入力キー2Bに人体が接近もしくは接触していない場合)のクロック信号Saと未処理のクロック信号CKとを論理積手段13Bに入力すると、同様にして得られたパルス幅taを有する矩形状のパルス波Paが出力される。パルス波Pbのパルス幅tbとパルス波Paのパルス幅taとの大小関係はtb<taとなる。つまり、時定数CRが大きくなるとパルス幅tは狭くなり、平滑手段14Bから得られるアナログ信号の出力電圧の値は小さくなる。具体的には、図3(d)に示すように、入力キー2Bに人体Hが接近または接触した場合のアナログ信号Abの出力電圧の値はVbとなり、入力キー2Bから人体Hが遠ざかった場合のアナログ信号Aaの出力電圧の値はVbよりも大きな値となるVaとなる。   When the clock signal Sb and the unprocessed clock signal CK when the time constant CR of the delay means 12B is large (when a human body approaches or touches the input key 2B) are input to the AND means 13B, FIG. As shown, a rectangular pulse wave Pb having a pulse width tb obtained with reference to the threshold value is output. On the other hand, when the clock signal Sa and the unprocessed clock signal CK when the time constant CR of the delay means 12B is small (when the human body is not approaching or in contact with the input key 2B) and the unprocessed clock signal CK are input to the AND means 13B, the same applies. A rectangular pulse wave Pa having a pulse width ta obtained in this manner is output. The magnitude relationship between the pulse width tb of the pulse wave Pb and the pulse width ta of the pulse wave Pa is tb <ta. That is, as the time constant CR increases, the pulse width t decreases and the output voltage value of the analog signal obtained from the smoothing means 14B decreases. Specifically, as shown in FIG. 3D, when the human body H approaches or comes into contact with the input key 2B, the output voltage value of the analog signal Ab becomes Vb, and the human body H moves away from the input key 2B. The value of the output voltage of the analog signal Aa is Va, which is larger than Vb.

平滑化されたアナログ信号AaもしくはAbがA/D変換手段15Bに入力されると、所定のサンプリング周期をもって検出されることにより、平滑手段14Bから得られたアナログ信号VaもしくはVbはディジタル信号DaもしくはDb(図示せず)に変換される。   When the smoothed analog signal Aa or Ab is input to the A / D conversion means 15B, the analog signal Va or Vb obtained from the smoothing means 14B is detected with a predetermined sampling period, so that the digital signal Da or Converted to Db (not shown).

A/D変換手段15Bによって得られたディジタル信号DaもしくはDbは制御部16に送られる。この制御部16は、ディジタル信号DaもしくはDbが所定のしきい値を超えたか否かを検出することにより、人体Hが入力キー2に近接したか否かを検出することができるようになっている。   The digital signal Da or Db obtained by the A / D conversion means 15B is sent to the control unit 16. The control unit 16 can detect whether or not the human body H is close to the input key 2 by detecting whether or not the digital signal Da or Db exceeds a predetermined threshold value. Yes.

すなわち、第1実施形態の入力装置1は、人体により静電容量C2が変化した第2の電極4を介して第1の電極3の静電容量C1を変化させることが可能となるため、操作者の指先(被検出体)から電極(本実施形態においては第1の電極3)の表面までの動作距離を従来よりも長くすることが可能となる。
(2)第2実施形態
第2実施形態の入力装置1は、図4に示すように、第1実施形態と同様、入力キー2、基板6、第1の電極3、第2の電極4および第1の電極3の静電容量C1の変化を検出する静電容量検出手段(図2を参照)を備えている。そして、第1実施形態とは異なり、第1の電極3と第2の電極4との間には、導電部材5がそれら電極3、4と相互に接触するように配設されている。
That is, the input device 1 according to the first embodiment can change the capacitance C1 of the first electrode 3 via the second electrode 4 whose capacitance C2 has been changed by the human body. The operating distance from the fingertip (object to be detected) of the person to the surface of the electrode (first electrode 3 in the present embodiment) can be made longer than before.
(2) Second Embodiment As shown in FIG. 4, the input device 1 of the second embodiment is similar to the first embodiment in that the input key 2, the substrate 6, the first electrode 3, the second electrode 4, and Capacitance detection means (see FIG. 2) for detecting a change in the capacitance C1 of the first electrode 3 is provided. Unlike the first embodiment, the conductive member 5 is disposed between the first electrode 3 and the second electrode 4 so as to be in contact with the electrodes 3 and 4.

導電部材5は、金属や導電性ゴムなどの導電材料を用いて形成されている。そして、導電部材5は、図3に示すように、スペーサとしても用いることが可能なように柱状に形成されている。なお、スペーサとして用いることが無いようならば、導電部材5としてはリード線を用いても良い。   The conductive member 5 is formed using a conductive material such as metal or conductive rubber. As shown in FIG. 3, the conductive member 5 is formed in a column shape so that it can be used as a spacer. Note that a lead wire may be used as the conductive member 5 if it is not used as a spacer.

前述したように形成された第2実施形態の入力装置1においては、第1の電極3が第2の電極4と導通しているため、第2の電極4と人体Hとの間の静電容量C2の変化が、そのまま第1の電極3と第2の電極4との間の静電容量C1の変化となる。その結果、第1の電極3と第2の電極4との間の距離d1を考慮することが無くなるため、操作者の指先(被検出体)から電極(本実施形態においては第1の電極3)の表面までの動作距離を従来よりも長くすることが可能となる。   In the input device 1 according to the second embodiment formed as described above, since the first electrode 3 is electrically connected to the second electrode 4, the electrostatic between the second electrode 4 and the human body H is performed. The change in the capacitance C2 becomes the change in the capacitance C1 between the first electrode 3 and the second electrode 4 as it is. As a result, since the distance d1 between the first electrode 3 and the second electrode 4 is not taken into consideration, the electrode (from the operator's fingertip (detected body)) to the electrode (in this embodiment, the first electrode 3) is eliminated. ) Can be made longer than before.

人体Hが入力キー2Bに近接した場合、第2実施形態の入力装置1に備わる静電容量検出手段は、第1実施形態と同様、遅延手段12によって遅延処理されたクロック信号Sbを出力する。その後、第1実施形態と同様の処理によって、キー入力が検出される。   When the human body H is close to the input key 2B, the electrostatic capacitance detection means provided in the input device 1 of the second embodiment outputs the clock signal Sb delayed by the delay means 12 as in the first embodiment. Thereafter, a key input is detected by the same processing as in the first embodiment.

なお、第1の電極3が第2の電極4と導通しているため、人体Hが入力キー2Bに近接していない場合、遅延手段12Bに入力された矩形状のクロック信号CKは、図3(b)に示すように、なまった波形(実線)のクロック信号Saではなく略矩形状(破線)のクロック信号S0となる。それに伴い、論理積手段13Bから出力されるパルス波は、図3(c)に示すように、パルス幅t0(ta<t0)を有する矩形状のパルス波P0となり、平滑手段14Bから得られるアナログ信号A0の出力電圧の値はV0(Va<V0)となる。
(3)第3実施形態
第3実施形態の入力装置1は、デジタルカメラのシャッタースイッチのような2段階の入力装置として用いられる。この入力装置1は、図6(a)および(b)に示すように、入力キー2、基板6、第1の電極3、第2の電極4、反転ドーム状の導電部材5、接点部材7および第1の電極3の静電容量C1の変化を検出する静電容量検出手段(図2を参照)を備えている。
Since the first electrode 3 is electrically connected to the second electrode 4, when the human body H is not close to the input key 2B, the rectangular clock signal CK input to the delay means 12B is shown in FIG. As shown in (b), the clock signal S0 has a substantially rectangular shape (broken line), not a rounded waveform (solid line). Accordingly, the pulse wave output from the logical product means 13B becomes a rectangular pulse wave P0 having a pulse width t0 (ta <t0) as shown in FIG. 3C, and the analog wave obtained from the smoothing means 14B. The value of the output voltage of the signal A0 is V0 (Va <V0).
(3) Third Embodiment The input device 1 of the third embodiment is used as a two-stage input device such as a shutter switch of a digital camera. As shown in FIGS. 6A and 6B, the input device 1 includes an input key 2, a substrate 6, a first electrode 3, a second electrode 4, an inverted dome-shaped conductive member 5, and a contact member 7. And a capacitance detecting means (see FIG. 2) for detecting a change in the capacitance C1 of the first electrode 3.

入力キー2は、図6(a)および(b)に示すように、人体Hからの押圧によって押下自在に形成されている。この入力キー2の背面の中央部には、導電部材5を押圧するための凸部2aが形成されている。また、この入力キー2の背面には、図6に示すように、凸部2aを覆うようにして平板状に形成された非接地状態の第2の電極4が印刷形成されている。そして、入力キー2の前面に人体Hが接近した際、第2の電極4の静電容量C2を変化させることが可能な距離を超えない程度の厚さd2を有してその入力キー2が形成されている。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the input key 2 is formed so as to be pressed down by pressing from the human body H. A convex portion 2 a for pressing the conductive member 5 is formed at the center of the back surface of the input key 2. Further, as shown in FIG. 6, a non-grounded second electrode 4 formed in a flat plate shape so as to cover the convex portion 2a is printed on the back surface of the input key 2. When the human body H approaches the front surface of the input key 2, the input key 2 has a thickness d2 that does not exceed a distance that can change the capacitance C2 of the second electrode 4. Is formed.

絶縁性を有する基板6上には、図7に示すように、環状の第1の電極3が入力キー2および第2の電極4と対向するように形成されている。また、当該基板6上であって、環状の第1の電極3の中央部には、柱状に形成された接点部材7が形成されている。この接点部材7は、図6(a)および(b)に示すように、基板6を貫通してその背面まで形成されており、当該背面において接点部材7が接地されている。なお、この接点部材7は、第1の電極3と絶縁状態を保って形成されている。   As shown in FIG. 7, an annular first electrode 3 is formed on the insulating substrate 6 so as to face the input key 2 and the second electrode 4. In addition, a contact member 7 formed in a column shape is formed on the substrate 6 and in the center of the annular first electrode 3. As shown in FIGS. 6A and 6B, the contact member 7 is formed through the substrate 6 to the back surface thereof, and the contact member 7 is grounded on the back surface. The contact member 7 is formed so as to be insulated from the first electrode 3.

導電部材5は、図7に示すように、導電性を有する金属を用いて反転ドーム状に形成されており、半田付けなどの導電性を有する固着手段を用いて、環状に形成された第1の電極3の上面側に沿って固定されている。また、この導電部材5は、入力キー2の非押下状態において、入力キー2の凸部2aを覆う第2の電極4と当接するように配設されている。   As shown in FIG. 7, the conductive member 5 is formed in an inverted dome shape using a conductive metal, and is formed in a ring shape using a conductive fixing means such as soldering. It is fixed along the upper surface side of the electrode 3. In addition, the conductive member 5 is disposed so as to contact the second electrode 4 covering the convex portion 2a of the input key 2 when the input key 2 is not pressed.

第1の電極3と接続している導線の一端には、当該第1の電極3の静電容量C1の変化を検出する第1実施形態と同様の静電容量検出手段が接続されている。   One end of a conducting wire connected to the first electrode 3 is connected to a capacitance detecting means similar to that of the first embodiment for detecting a change in the capacitance C1 of the first electrode 3.

次に、第3実施形態の入力装置1の作用について説明する。   Next, the operation of the input device 1 according to the third embodiment will be described.

第3実施形態の入力装置1は、図4、図6(a)および(b)に示すように、第2実施形態の入力装置1と同様、第1の電極3と第2の電極4との間に導電部材5が相互に接触するように配設されている。そして、この第3実施形態の入力装置1は、押下自在に形成されている入力キー2と、入力キー2の押下方向に対して反転力を生じるように形成されている反転ドーム状の導電部材5とを備えている。そのため、押下によるキー入力時に良好なクリック感を与えることが可能となっている。   As shown in FIGS. 4, 6 (a) and 6 (b), the input device 1 of the third embodiment is similar to the input device 1 of the second embodiment, and includes the first electrode 3 and the second electrode 4. The conductive members 5 are disposed so as to contact each other. The input device 1 according to the third embodiment includes an input key 2 that is formed to be freely pressed, and a reverse dome-shaped conductive member that is formed so as to generate a reversal force with respect to the pressing direction of the input key 2. And 5. Therefore, it is possible to give a good click feeling at the time of key input by pressing.

また、この第3実施形態の入力装置1は、入力キー2の押下の際に、第2の電極4もしくは導電部材5と接触する位置に接点部材7を備えている。そのため、入力キー2の押下の際、接地された接点部材7が導電部材5と接触し、接触した導電部材5を介して、第1の電極3が接地状態となる。第1の電極3が接地状態となると第1の電極3の電荷が0となるため、静電容量検出手段の遅延手段12から出力されるクロック信号は電圧0の水平線となる(図3を参照)。これを検出することによって、近接スイッチの機能にメカニカル接点スイッチの機能を付加することが可能となる。   In addition, the input device 1 of the third embodiment includes a contact member 7 at a position where the input device 2 contacts the second electrode 4 or the conductive member 5 when the input key 2 is pressed. Therefore, when the input key 2 is pressed, the grounded contact member 7 comes into contact with the conductive member 5, and the first electrode 3 is grounded via the contacted conductive member 5. When the first electrode 3 is grounded, the charge of the first electrode 3 becomes 0, so that the clock signal output from the delay means 12 of the capacitance detection means becomes a horizontal line of voltage 0 (see FIG. 3). ). By detecting this, the function of the mechanical contact switch can be added to the function of the proximity switch.

なお、静電容量検出手段は、第2実施形態と同様にして形成されているため、その作用も第2実施形態と同様になっている。
(4)第4実施形態
第4実施形態の入力装置1は、第3実施形態の入力装置1と同様、デジタルカメラのシャッタースイッチのような2段階の入力装置として用いられる。この入力装置1は、図8(a)および(b)に示すように、入力キー2、基板6、第1の電極3、第2の電極4を兼ねた導電部材5、接点部材7および第1の電極3の静電容量C1の変化を検出する静電容量検出手段(図2を参照)を備えている。
Since the electrostatic capacitance detection means is formed in the same manner as in the second embodiment, its operation is also the same as in the second embodiment.
(4) Fourth Embodiment The input device 1 of the fourth embodiment is used as a two-stage input device such as a shutter switch of a digital camera, like the input device 1 of the third embodiment. As shown in FIGS. 8A and 8B, the input device 1 includes an input key 2, a substrate 6, a first electrode 3, a conductive member 5 also serving as a second electrode 4, a contact member 7, and a first member. 1 is provided with a capacitance detection means (see FIG. 2) for detecting a change in the capacitance C1 of one electrode 3.

入力キー2は、図8(a)および(b)に示すように、人体Hからの押圧によって押下自在に形成されている。この入力キー2の背面の中央部には、導電部材5を押圧するための凸部2aが形成されている。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the input key 2 is formed so as to be pressed down by pressing from the human body H. A convex portion 2 a for pressing the conductive member 5 is formed at the center of the back surface of the input key 2.

絶縁性を有する基板6上には、図9に示すように、環状の第1の電極3が入力キー2と対向するように形成されている。また、当該基板6上であって、環状の第1の電極3の中央部には、柱状に形成された接点部材7が形成されている。この接点部材7は、図6(a)および(b)に示すように、基板6を貫通してその背面まで形成されており、当該背面において接点部材7が接地されている。なお、この接点部材7は、第1の電極3と絶縁状態を保って形成されている。   As shown in FIG. 9, an annular first electrode 3 is formed on the insulating substrate 6 so as to face the input key 2. In addition, a contact member 7 formed in a column shape is formed on the substrate 6 and in the center of the annular first electrode 3. As shown in FIGS. 6A and 6B, the contact member 7 is formed through the substrate 6 to the back surface thereof, and the contact member 7 is grounded on the back surface. The contact member 7 is formed so as to be insulated from the first electrode 3.

導電部材5は、導電性および可撓性を有する導電ゴムを用いて形成されている。この導電部材5における基板6と対向する部分は、図9に示すように、反転ドーム状に形成されている。また、導電部材5における入力キー2と対向する部分は、入力キー2の背面と面接触するように、凸部2aの逃げ部分を有して平板状に形成されている。つまり、導電部材5が第2の電極4の役割を担うように、反転ドームと平板とが一体となって形成されたような形状となっている。そして、この反転ドーム状に形成された部分の導電部材5の周は、導電性接着剤等の固着手段を用いて、環状に形成された第1の電極3に固定されている。また、この導電部材5は、入力キー2の非押下状態において、入力キー2の背面およびその凸部2aと当接するように配設されている。   The conductive member 5 is formed using conductive rubber having conductivity and flexibility. A portion of the conductive member 5 facing the substrate 6 is formed in an inverted dome shape as shown in FIG. Further, the portion of the conductive member 5 that faces the input key 2 is formed in a flat plate shape with a relief portion of the convex portion 2 a so as to come into surface contact with the back surface of the input key 2. That is, the inverted dome and the flat plate are integrally formed so that the conductive member 5 plays the role of the second electrode 4. And the circumference | surroundings of the conductive member 5 of the part formed in this inversion dome shape are being fixed to the 1st electrode 3 formed in cyclic | annular form using fixing means, such as a conductive adhesive. In addition, the conductive member 5 is disposed so as to contact the back surface of the input key 2 and its convex portion 2a when the input key 2 is not pressed.

第1の電極3と接続している導線の一端には、当該第1の電極3の静電容量C1の変化を検出する第1実施形態と同様の静電容量検出手段が接続されている。   One end of a conducting wire connected to the first electrode 3 is connected to a capacitance detecting means similar to that of the first embodiment for detecting a change in the capacitance C1 of the first electrode 3.

なお、入力キー2の厚さd2は、その前面に人体Hが接近した際、第2の電極4の役割を担う導電部材5の静電容量C2を変化させることが可能な距離を超えない程度の厚さに形成されている。   Note that the thickness d2 of the input key 2 does not exceed a distance that can change the capacitance C2 of the conductive member 5 serving as the second electrode 4 when the human body H approaches the front surface thereof. It is formed in the thickness.

次に、第4実施形態の入力装置1の作用について説明する。   Next, the operation of the input device 1 according to the fourth embodiment will be described.

第4実施形態の入力装置1は、図8(a)および(b)に示すように、第2の電極4を兼ねた導電部材5が第1の電極3と接触するように配設されている。そして、この第4実施形態の入力装置1は、押下自在に形成されている入力キー2と、入力キー2の押下方向に対して反転力を生じるように形成されている反転ドーム状の導電部材5とを備えている。そのため、押下によるキー入力時に良好なクリック感を与えることが可能となっている。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the input device 1 of the fourth embodiment is arranged such that the conductive member 5 that also serves as the second electrode 4 is in contact with the first electrode 3. Yes. The input device 1 according to the fourth embodiment includes an input key 2 that is formed to be freely pressed, and a reverse dome-shaped conductive member that is formed so as to generate a reversal force with respect to the pressing direction of the input key 2. And 5. Therefore, it is possible to give a good click feeling at the time of key input by pressing.

また、この第4実施形態の入力装置1は、入力キー2の押下の際に、第2の電極4もしくは導電部材5と接触する位置に接点部材7を備えている。そのため、入力キー2の押下の際、接地された接点部材7が導電部材5と接触し、接触した導電部材5を介して、第1の電極3が接地状態となる。第1の電極3が接地状態となると第1の電極3の電荷が0となるため、静電容量検出手段の遅延手段12から出力されるクロック信号は電圧0の水平線となる(図3を参照)。これを検出することによって、近接スイッチの機能にメカニカル接点スイッチの機能を付加することが可能となる。   Further, the input device 1 of the fourth embodiment includes a contact member 7 at a position where the input device 2 comes into contact with the second electrode 4 or the conductive member 5 when the input key 2 is pressed. Therefore, when the input key 2 is pressed, the grounded contact member 7 comes into contact with the conductive member 5, and the first electrode 3 is grounded via the contacted conductive member 5. When the first electrode 3 is grounded, the charge of the first electrode 3 becomes 0, so that the clock signal output from the delay means 12 of the capacitance detection means becomes a horizontal line of voltage 0 (see FIG. 3). ). By detecting this, the function of the mechanical contact switch can be added to the function of the proximity switch.

なお、静電容量検出手段は、第2実施形態と同様にして形成されているため、その作用も第2実施形態と同様になっている。
(5)第5実施形態
第5実施形態の入力装置1は、図10に示すように、十字キーなどの入力装置として用いられている。この入力装置1は、入力キー2、基板6、第1の電極3、第2の電極4、ドーム状の導電部材5、接点部材7および第1の電極3の静電容量C1の変化を検出する静電容量検出手段(図2を参照)を備えている。
Since the electrostatic capacitance detection means is formed in the same manner as in the second embodiment, its operation is also the same as in the second embodiment.
(5) Fifth Embodiment As shown in FIG. 10, the input device 1 according to the fifth embodiment is used as an input device such as a cross key. The input device 1 detects changes in the capacitance C1 of the input key 2, the substrate 6, the first electrode 3, the second electrode 4, the dome-shaped conductive member 5, the contact member 7 and the first electrode 3. Electrostatic capacity detecting means (see FIG. 2).

入力キー2は、図10に示すように、その前面から見て十字状に形成されている。そして、図11に示すように、入力キー2の背面の中央部には弾性変形する柱状の支持部2bが形成されている。つまり、入力キー2における十字方向の入力面2c、2d、2e、2fは、人体Hからの押圧によって押下自在に形成されている。この入力キー2の入力面2c、2d、2e、2fは、それぞれの背面の中央部に、導電部材5を押圧するための凸部2aを有している。また、この入力キー2の入力面2c、2d、2e、2fの背面には、図11に示すように、それぞれ平板状に形成された非接地状態の第2の電極4がそれぞれ印刷形成されている。この第2の電極4は、入力キー2の入力面2c、2d、2e、2fの背面に形成された凸部2aも含んでその背面を覆っている。そして、入力キー2の厚さd2は、その前面に人体Hが接近した際、第2の電極4の静電容量C2を変化させることが可能な距離を超えない程度の厚さに形成されている。   As shown in FIG. 10, the input key 2 has a cross shape when viewed from the front. As shown in FIG. 11, a columnar support portion 2 b that is elastically deformed is formed at the center of the back surface of the input key 2. That is, the input surfaces 2 c, 2 d, 2 e, 2 f in the cross direction of the input key 2 are formed so as to be pressed by pressing from the human body H. The input surfaces 2c, 2d, 2e, and 2f of the input key 2 have a convex portion 2a for pressing the conductive member 5 at the center of each back surface. Further, as shown in FIG. 11, non-grounded second electrodes 4 each formed in a flat plate shape are printed on the back surfaces of the input surfaces 2c, 2d, 2e, and 2f of the input key 2, respectively. Yes. The second electrode 4 includes the convex portion 2a formed on the back surface of the input surfaces 2c, 2d, 2e, and 2f of the input key 2, and covers the back surface. The thickness d2 of the input key 2 is formed to a thickness that does not exceed the distance that can change the capacitance C2 of the second electrode 4 when the human body H approaches the front surface thereof. Yes.

絶縁性を有する基板6上には、図11に示すように、環状の第1の電極3が入力キー2の入力面2c、2d、2e、2fに対向して複数個形成されている。また、当該基板6上であって、環状の第1の電極3の中央部には、柱状に形成された接点部材7が形成されている。この接点部材7は、図11に示すように、基板6を貫通してその背面まで形成されており、当該背面において接点部材7が接地されている。なお、この接点部材7は、第1の電極3と絶縁状態を保って形成されている。   As shown in FIG. 11, a plurality of annular first electrodes 3 are formed on the insulating substrate 6 so as to face the input surfaces 2 c, 2 d, 2 e, and 2 f of the input key 2. In addition, a contact member 7 formed in a column shape is formed on the substrate 6 and in the center of the annular first electrode 3. As shown in FIG. 11, the contact member 7 is formed through the substrate 6 to the back surface thereof, and the contact member 7 is grounded on the back surface. The contact member 7 is formed so as to be insulated from the first electrode 3.

導電部材5は、図7に示すように、導電性を有する金属を用いて反転ドーム状に形成されており、半田付けなどの導電性を有する固着手段を用いて、環状に形成された第1の電極3の上面側に固定されている。また、この導電部材5は、入力キー2の非押下状態において、入力キー2の凸部2aを覆う第2の電極4と当接するように配設されている。   As shown in FIG. 7, the conductive member 5 is formed in an inverted dome shape using a conductive metal, and is formed in a ring shape using a conductive fixing means such as soldering. The electrode 3 is fixed to the upper surface side. In addition, the conductive member 5 is disposed so as to contact the second electrode 4 covering the convex portion 2a of the input key 2 when the input key 2 is not pressed.

第1の電極3と接続している導線の一端には、当該第1の電極3の静電容量C1の変化を検出する第1実施形態と同様の静電容量検出手段が接続されている。   One end of a conducting wire connected to the first electrode 3 is connected to a capacitance detecting means similar to that of the first embodiment for detecting a change in the capacitance C1 of the first electrode 3.

前述したように形成された第5実施形態の入力装置1は、単一の入力キー2に対して、複数の第1の電極3を対向させている。よって、複数のキー入力を行なうことが可能な十字キーなどの入力キー2に対して、第3実施形態のような2段スイッチを形成することが可能となっている。   In the input device 1 of the fifth embodiment formed as described above, a plurality of first electrodes 3 are opposed to a single input key 2. Therefore, it is possible to form a two-stage switch as in the third embodiment for the input key 2 such as a cross key capable of performing a plurality of key inputs.

前述したようた5つの実施形態において説明したように、本発明の入力装置は、動作距離を長くすることが可能となるため、入力キーの厚さの許容範囲が従来よりも拡大するという効果を奏する。   As described in the five embodiments as described above, the input device of the present invention can increase the operating distance, so that the allowable range of the thickness of the input key is larger than the conventional one. Play.

また、本発明は、従来の静電容量変化型入力装置と比較して大きな設計変更を要することがないため、動作距離の向上が迅速かつ安価に行えるという効果を奏する。   In addition, since the present invention does not require a large design change as compared with the conventional capacitance change type input device, the operation distance can be improved quickly and inexpensively.

なお、本発明は、前述した実施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。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various change is possible as needed.

本発明の入力装置の第1の実施形態を示す断面図Sectional drawing which shows 1st Embodiment of the input device of this invention 本実施形態に係る静電容量検出手段の一例を示す回路図The circuit diagram which shows an example of the electrostatic capacitance detection means which concerns on this embodiment (a)から(d)は本実施形態に係る電極の静電容量の変化の一例を示すグラフ(A)-(d) is a graph which shows an example of the change of the electrostatic capacitance of the electrode which concerns on this embodiment. 本発明の入力装置の第2の実施形態を示す断面図Sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the input device of this invention 図4に示した導電部材の全体を示す斜視図The perspective view which shows the whole electrically-conductive member shown in FIG. 本発明の入力装置の第3の実施形態を示す断面図;(a)は入力キーの非押下状態、(b)は入力キーの押下状態を示すSectional drawing which shows 3rd Embodiment of the input device of this invention; (a) is the non-pressing state of an input key, (b) shows the pressing state of an input key 図6に示した反転ドーム形状の導電部材およびその周辺を示す斜視図The perspective view which shows the inversion dome shape electrically-conductive member shown in FIG. 6, and its periphery 本発明の入力装置の第4の実施形態を示す断面図;(a)は入力キーの非押下状態、(b)は入力キーの押下状態を示すSectional drawing which shows 4th Embodiment of the input device of this invention; (a) is the non-pressing state of an input key, (b) shows the pressing state of an input key 第2の電極と一体形成された導電部材およびその周辺を示す斜視図The perspective view which shows the electroconductive member integrally formed with the 2nd electrode, and its periphery 本発明の入力装置の第5の実施形態を示す斜視図The perspective view which shows 5th Embodiment of the input device of this invention. 図10の11−11線に沿った断面図Sectional drawing along the 11-11 line of FIG. 従来の静電容量型入力装置の一例を示す断面図Sectional drawing which shows an example of the conventional electrostatic capacitance type input device (a)および(b)は従来の静電容量型入力装置の他の一例を示す断面図(A) And (b) is sectional drawing which shows another example of the conventional electrostatic capacitance type input device 図14に示した反転ドームおよびその周辺を示す斜視図The perspective view which shows the inversion dome shown in FIG. 14 and its periphery

符号の説明Explanation of symbols

1 入力装置
2 入力キー
2a 凸部
2b 支持部
2c、2d、2e、2f 入力面
3 第1の電極
4 第2の電極
5 導電部材
6 基板
7 接点部材
11 クロック信号生成手段
12 遅延手段
13 論理積手段
14 平滑手段
15 A/D変換手段
16 制御部
d1 第1の電極3から第2の電極までの距離
d2 第2の電極4から入力キーの前面までの距離
C1 第1の電極3と第2の電極との間の静電容量
C2 第2の電極4と人体Hとの間の静電容量
H 人体(の指)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input device 2 Input key 2a Convex part 2b Support part 2c, 2d, 2e, 2f Input surface 3 1st electrode 4 2nd electrode 5 Conductive member 6 Substrate 7 Contact member 11 Clock signal generation means 12 Delay means 13 Logical product Means 14 Smoothing means 15 A / D conversion means 16 Control unit d1 Distance from the first electrode 3 to the second electrode d2 Distance from the second electrode 4 to the front surface of the input key C1 First electrode 3 and second Capacitance between two electrodes C2 Capacitance between the second electrode 4 and the human body H Human body (finger)

Claims (5)

基板上に形成された第1の電極と、
前記第1の電極に対向して配設されている誘電体製の入力キーと、
前記第1の電極から前記入力キーの前面までの間に配設されている非接地状態の第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との相互に接触して配設されている導電部材と、
前記第1の電極の静電容量の変化を検出する静電容量検出手段と
を備えており、
前記第2の電極は、前記入力キーの前面に接近した人体によって前記第2の電極の静電容量が変化する位置に配設されている
ことを特徴とする入力装置。
A first electrode formed on a substrate;
A dielectric input key disposed opposite the first electrode;
A non-grounded second electrode disposed between the first electrode and the front surface of the input key;
A conductive member disposed in contact with each other between the first electrode and the second electrode;
A capacitance detecting means for detecting a change in capacitance of the first electrode;
The input device, wherein the second electrode is disposed at a position where the capacitance of the second electrode changes by a human body approaching the front surface of the input key.
前記入力キーは、押下自在に形成されており、
前記導電部材は、前記入力キーの押下方向に対して反転力を生じるように形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の入力装置。
The input key is formed to be freely pressed,
The input device according to claim 1 , wherein the conductive member is formed so as to generate a reversal force with respect to a pressing direction of the input key.
前記第1の電極に絶縁されて前記基板上に形成された接点部材が、前記入力キーの押下の際に、前記第2の電極もしくは前記導電部材と接触する位置に配設されている
ことを特徴とする請求項2に記載の入力装置。
A contact member insulated from the first electrode and formed on the substrate is disposed at a position in contact with the second electrode or the conductive member when the input key is pressed. The input device according to claim 2 , wherein
前記入力キーは、複数個配設された前記第1の電極の対向位置を覆うように一体に形成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の入力装置。
Said input key is input according to claims 1, characterized in that it is formed integrally so as to cover the opposing position of the first electrode a plurality disposed in any one of claims 3 apparatus.
前記静電容量検出手段は、
クロック信号を発生するクロック信号生成手段と、
前記入力キーに人体が接近または接触したときの前記第1の電極の静電容量に応じて前記クロック信号に遅延処理を行なう遅延手段と、
前記遅延処理がなされた前記クロック信号と前記遅延処理がなされていない前記クロック信号とを入力し、前記遅延処理がなされたクロック信号の遅延量に応じて出力信号を出力する論理積手段と、
前記論理積手段の出力信号を平滑化してアナログ信号にする平滑手段と、
前記アナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換手段と、
前記ディジタル信号に基づいて人体が接近または接触した入力キーを検出する制御部と
を有していることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の入力装置。
The capacitance detection means includes
Clock signal generating means for generating a clock signal;
Delay means for delaying the clock signal according to the capacitance of the first electrode when a human body approaches or touches the input key;
Logical product means for inputting the clock signal that has been subjected to the delay processing and the clock signal that has not been subjected to the delay processing, and outputting an output signal in accordance with a delay amount of the clock signal that has been subjected to the delay processing;
Smoothing means for smoothing the output signal of the AND means into an analog signal;
A / D conversion means for converting the analog signal into a digital signal;
5. The input device according to claim 1, further comprising: a control unit that detects an input key approached or touched by a human body based on the digital signal.
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