JP5266186B2

JP5266186B2 - 座標入力装置

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Publication number: JP5266186B2
Application number: JP2009241724A
Authority: JP
Inventors: 洋介国司; 章司山崎; 厚子田中
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: JP2011090404A; WO2011049088A1

Description

本発明は、携帯端末などに使用される座標入力装置に関する。

従来、電話や各種のゲーム機などの携帯端末における座標入力装置として、東西南北方向とその間に複数の接点を設け、その接点のオン−オフで、入力ベクトルを検出するいわゆる多方向キー（特許文献１）が知られている。この方法は、検出が簡便である反面、ベクトルの方向の検出精度が接点数に依存し、また、大きさについては検出が困難などの問題があった。

これらオン−オフ接点に代えて、固定接点に感圧導電ゴムからなる可動接点を組み合わせ、アナログ的に入力ベクトルを検出する座標入力装置（特許文献２、特許文献３）が知られている。これらの方法は、高価な感圧導電ゴムを使用しなければならず、また、個々の接点の導通抵抗を求めた上で、基板上の接点の座標データから入力ベクトルを計算しなければならない。

また、２つの感圧抵抗素子の抵抗比を測定する検出方法（特許文献４）も提案されているが、やはり専用の検出回路を用意しなければならず、かつ、キーパッドなど他のオン−オフタイプの入力装置のほかスクリーン印刷で、感圧抵抗素子を形成しなければならず、この荷重−抵抗特性の管理など手間がかかる。

また、何れの方法でも、得られる座標は、何らかの補正を行なわない限り、接点の配列と同様の円形のものであり、特に東西南北に各１個の接点しかない場合は東西南北を頂点とするひし形となるため、長方形の表示画面に一致させるためには何らかの補正が必要であった。

一方、ＬＣＤやＣＲＴなどが表示画面上においてタッチした位置を検出するタッチパネルが提供されている。タッチパネルとしては抵抗膜方式のものが多く利用され、この抵抗膜方式のためのインターフェイスデバイスが流通している。

特開２００５−１１５７２５号公報特開平６−３０９０９５号公報特開２００３−８３８１９号公報特許第３２７５１１６号公報

本発明は、既存のインターフェイスを使用することができ、安価な導電ゴムの接点を使用し、かつ、接点の構成によっては携帯機器などに使用される表示画面と同様の四角形の座標出力を容易に得ることができる座標入力装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の一態様は、主面にＸＹ直交座標系が設定され、原点を挟んでＹ方向に対向して配置されたＹ方向第１接点及びＹ方向第２接点と、原点を挟んでＸ方向に対向して配置されたＸ方向第１接点及びＸ方向第２接点とを有し、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各接点は、それぞれ、第１電極及び第２電極を有し、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各接点には、それぞれ並列にダミー抵抗が接続され、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各第２電極は、互いに接続されている第１基板と、前記第１基板に対向する主面に、前記Ｙ方向第１接点及び前記Ｙ方向第２接点にそれぞれ対向して配置されたＹ方向第１対向電極及びＹ方向第２対向電極と、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点にそれぞれ対向して配置されたＸ方向第１対向電極及びＸ方向第２対向電極とを有する、前記第１基板に対して変位可能な第２基板とを有し、前記Ｙ方向第１対向電極、前記Ｙ方向第２対向電極、前記Ｘ方向第１対向電極及び前記Ｘ方向第２対向電極は、前記第１基板に接触すると、それぞれ第１電極及び第２電極を電気的に導通し、かつ前記第１基板に接触する面積を可変できる弾性体からなる。

本発明の他の態様は、主面にＸＹ直交座標系が設定され、原点を挟んでＹ方向に対向して配置されたＹ方向第１接点及びＹ方向第２接点と、原点を挟んでＸ方向に対向して配置されたＸ方向第１接点及びＸ方向第２接点とを有し、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各接点は、それぞれ、第１電極及び第２電極を有し、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各接点に、それぞれ並列にダミー抵抗が接続して、Ｙ方向第１接点ユニット、Ｙ方向第２接点ユニット、Ｘ方向第１接点ユニット及びＸ方向第２接点ユニットを構成し、前記Ｙ方向第１接点ユニット及び前記Ｙ方向第２接点ユニットを直列に接続してＹ方向接点ユニットを構成し、前記Ｘ方向第１接点ユニット及び前記Ｘ方向第２接点ユニットを直列に接続してＸ方向接点ユニットを構成し、前記Ｙ方向接点ユニットの一端を第１スイッチ手段を介して電源に接続し、前記Ｙ方向接点ユニットの他端を第２スイッチ手段を介して接地し、前記Ｘ方向接点ユニットの一端を第３スイッチ手段を介して電源に接続し、前記Ｘ方向接点ユニットの他端を第４スイッチ手段を介して接地した第１基板と、前記第１基板に対向する主面に、前記Ｙ方向第１接点及び前記Ｙ方向第２接点にそれぞれ対向して配置されたＹ方向第１対向電極及びＹ方向第２対向電極と、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点にそれぞれ対向して配置されたＸ方向第１対向電極及びＸ方向第２対向電極とを有する、前記第１基板に対して変位可能な第２基板とを有し、前記Ｙ方向第１対向電極、前記Ｙ方向第２対向電極、前記Ｘ方向第１対向電極及び前記Ｘ方向第２対向電極は、前記第１基板に接触すると、それぞれ第１電極及び第２電極を電気的に導通し、かつ前記第１基板に接触する面積を可変できる弾性体からなり、前記第１及び第２スイッチ手段をオン、前記第３及び第４スイッチ手段をオフとした状態で、前記Ｘ方向接点ユニットを介して共通接点の電位を測定し、前記第１及び第２スイッチ手段をオフ、前記第３及び第４スイッチ手段をオンとした状態で、前記Ｙ方向接点ユニットを介して共通接点の電位を測定する。

本発明のさらに他の態様は、主面にＸＹ直交座標系が設定され、原点を挟んでＹ方向に対向して配置されたＹ方向第１接点及びＹ方向第２接点と、原点を挟んでＸ方向に対向して配置されたＸ方向第１接点及びＸ方向第２接点とを有し、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各接点は、それぞれ、第１電極及び第２電極を有し、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各接点に、それぞれ並列にダミー抵抗が接続して、Ｙ方向第１接点ユニット、Ｙ方向第２接点ユニット、Ｘ方向第１接点ユニット及びＸ方向第２接点ユニットを構成し、前記Ｙ方向第１接点ユニット及び前記Ｙ方向第２接点ユニットを直列に接続してＹ方向接点ユニットを構成し、前記Ｘ方向第１接点ユニット及び前記Ｘ方向第２接点ユニットを直列に接続してＸ方向接点ユニットを構成した第１基板と、前記第１基板に対向する主面に、前記Ｙ方向第１接点及び前記Ｙ方向第２接点にそれぞれ対向して配置されたＹ方向第１対向電極及びＹ方向第２対向電極と、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点にそれぞれ対向して配置されたＸ方向第１対向電極及びＸ方向第２対向電極とを有する、前記第１基板に対して変位可能な第２基板とを有し、前記Ｙ方向第１対向電極、前記Ｙ方向第２対向電極、前記Ｘ方向第１対向電極及び前記Ｘ方向第２対向電極は、前記第１基板に接触すると、それぞれ第１電極及び第２電極を電気的に導通し、かつ前記第１基板に接触する面積を可変できる弾性体からなり、前記Ｙ方向接点ユニット又は前記Ｘ方向接点ユニットの一方から他方へ電流を流し、前記Ｙ方向接点ユニットの端部の電位差と前記Ｘ方向接点ユニットの端部の電位差を測定する。

本発明によると、既存のインターフェイスを使用することができ、安価な導電ゴムの接点を使用し、かつ、接点の構成によっては携帯機器などに使用される表示画面と同様の四角形の座標出力を容易に得ることができる。

本実施の形態の座標入力装置の接点配置の一例を示す図である。Ｙ方向第１接点１１を示す図である。第１基板に対向する第２基板に設けられた対向電極の配置を示す図である。第１基板に対向する第２基板に設けられた対向電極の第２の他の態様を示す図である。導電ゴムの押圧荷重に対する抵抗特性を示す図である。接点と対向電極の関係を示す図である。本実施の形態の座標入力装置の断面図である。他の態様の座標入力装置の断面図である。本実施の形態の座標入力装置の検出回路図を示す図である。第２の実施の形態の座標入力装置の検出回路図を示す図である。第１基板上に配置した接点の配置を示す図である。押圧部材を強く押しながら円を描くようになぞった場合に得られた図形を示す図である。押圧部材を弱く押しながら円を描くようになぞった場合に得られた図形を示す図である。第３の実施の形態の配置を示す図である。第３の実施の形態の回路構成を概略的に示す図である。第３の実施の形態により得られた図形を示す図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部材の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部材の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態の座標入力装置の接点配置の一例を示す図である。

座標入力装置においては、平坦な絶縁性の第１基板１０の主面内にＸＹ直交座標系が設定され、Ｙ方向に原点Ｏを挟んで対向するＹ方向第１接点群１１，１２及びＹ方向第２接点群１３，１４が形成されている。また、Ｘ方向に原点Ｏを挟んで対向するＸ方向第１接点群１５，１６及びＸ方向第２接点群１７，１８が形成されている。

第１の実施の形態では、Ｙ方向第１接点、Ｙ方向第２接点、Ｘ方向第１接点及びＸ方向第２接点は、それぞれ２個の接点を含む接点群として構成されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、各接点が１つの接点又は３以上の接点を有する場合を含むものであってもよい。

Ｙ方向第１接点群１１，１２は、Ｙ軸を挟んで対向するＹ方向第１接点１１及びＹ方向第２接点１２から構成され、Ｙ方向第２接点群１３，１４は、Ｙ軸を挟んで対向するＹ方向第３接点１３及びＹ方向第４接点１４から構成されている。Ｘ方向第１接点群１５，１６は、Ｘ軸を挟んで対向するＸ方向第１接点１５及びＸ方向第２接点１６から構成され、Ｘ方向第２接点群１７，１８は、Ｘ軸を挟んで対向するＸ方向第３接点１７及びＸ方向第４接点１８から構成されている。

図２は、Ｙ方向第１接点１１を示す図である。

Ｙ方向第１接点１１は、櫛歯形状に形成され、互いに嵌め込まれるように配置された第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂから構成されている。他の接点１２〜１８も、同様な形状に構成されている。このような櫛歯形状の電極は、後述する対向電極の面積を正確に検出することにより、良好な感圧特性を有する。

なお、本実施の形態の接点１１〜１８は、櫛歯形状に限られず、平行に伸びる電極など他の形状として構成することもできる。

図１に戻り、Ｙ方向第１接点群１１，１２のＹ方向第１接点１１及びＹ方向第２接点１２と、Ｙ方向第２接点群１３，１４のＹ方向第３接点１３及びＹ方向第４接点１４は、矩形の如き四角形状１を構成している。これらのＹ方向第１接点群１１，１２及びＹ方向第２接点群１３，１４は、Ｙ方向押圧検出手段を構成している。

同様に、Ｘ方向第１接点群１５，１６のＸ方向第１接点１５及びＸ方向第２接点１６と、Ｘ方向第２接点群１７，１８のＸ方向第３接点１７及びＸ方向第４接点１８も、矩形の如き四角形状２を構成している。これらＸ方向第１接点群１５，１６及びＸ方向第２接点群１７，１８は、Ｘ方向押圧検出手段を構成している。

また、Ｙ方向第１〜第４接点１１〜１４及びＸ方向第１〜第４接点１５〜１８は、原点Ｏから等距離の円周３上に位置している。なお、Ｙ方向第１〜第４接点１１〜１４及びＸ方向第１〜第４接点１５〜１８は、円周３上に限らず、楕円周上に位置してもよい。

図３は、第１基板に対向する第２基板に設けられた対向電極の配置を示す図である。

第２基板２０は、第１基板１０に対向して変位可能に所定距離をおいて配置される。第２基板２０の平坦な絶縁性の主面上には、第１基板１０のＹ方向第１接点群１１，１２のＹ方向第１接点１１及びＹ方向第２接点１２に対向する第１対向電極２１及び第２対向電極２２を有するＹ方向第１対向電極１２１が設けられ、Ｙ方向第２接点群１３，１４のＹ方向第３接点１３及びＹ方向第４接点１４に対向する第３対向電極２３及び第４対向電極２４を有するＹ方向第２対向電極１２２が設けられている。また、Ｘ方向第１接点群１５，１６のＸ方向第１接点１５及びＸ方向第２接点１６に対向する第５対向電極２５及び第６対向電極２６を有するＸ方向第１対向電極１２３が設けられ、Ｘ方向第２接点群１７，１８のＸ方向第３接点１７及びＸ方向第４接点１８に対向する第７対向電極２７及び第８対向電極２８を有するＸ方向第２対向電極１２４が設けられている。

これらの対向電極１２１〜１２４を構成する第１〜第８対向電極２１〜２８は、例えばシリコンゴムにカーボン系、あるいは銀系、あるいはその他の導電粒子を配合した所謂導電ゴムで略球面状に成型されている。この導電ゴムは、感圧導電グレードと言われるものの他、一般のオン−オフスイッチに使用される安価な導電ゴムを使用することができる。

図４は、第１基板に対向する第２基板に設けられた対向電極の配置の他の態様を示す図である。

本実施の形態は、図３に示したような構成に限られず、Ｙ方向第１対向電極１２１、Ｙ方向第２対向電極１２２、Ｘ方向第１対向電極１２３及びＸ方向第２対向電極１２４を単一の電極として構成することもできる。

この態様では、第２基板２０の主面上には、第１基板１０のＹ方向第１接点群１１，１２に対向するＹ方向第１対向電極１２１が設けられ、Ｙ方向第２接点群１３，１４に対向するＹ方向第２対向電極１２２が設けられている。また、Ｘ方向第１接点群１５，１６に対向するＸ方向第１対向電極１２３が設けられ、Ｘ方向第２接点群１７，１８に対向するＸ方向第２対向電極１２４が設けられている。

図５は、導電ゴムの押圧荷重に対する抵抗特性を示す図である。

図中の曲線ａは、感圧導電グレードの導電ゴムの特性を示す。このような導電ゴムは、押圧荷重が増加するにつれて抵抗が減少し、一定の安定抵抗Ｒ_ＯＮに漸近的に近づく。図中の曲線ｂは、オン−オフスイッチに使用される導電ゴムの特性を示す。このような導電ゴムは、押圧荷重が増加すると急峻に抵抗が減少してある安定抵抗Ｒ_ＯＮとなる。

なお、ゴム硬度は、ＪＩＳＫ６２５３タイプＡに規定された３５〜８０度が好ましく、操作感からは４０度以上、耐久性からは７５度以下、トータルのバランスから４５〜７０度の範囲に設定することがより好ましい。

図６は、接点と対向電極の関係を示す図である。

第２基板２０は、第１基板１０に対して変位可能に所定距離おいて支持されている。第２基板２０において、Ｙ方向第１対向電極１２１の第１対向電極２１は、第１基板１０に形成された第１接点群１１，１２を構成するＹ方向第１接点１１の第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂに対向するように形成されている。

第２基板２０は、押圧時には、第１対向電極２１が押圧荷重に応じてＹ方向第１接点１１に対して押し付けられ、第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂ間を導通する。導電ゴムからなる第１対向電極２１がＹ方向第１接点１１に接触する面積は、ゴムの弾性力により押圧力に応じて増加する。

したがって、第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂ間は、押圧力が所定値に達すると導通され、その後は押圧力に応じて抵抗値が減少するか、または所定値の安定抵抗Ｒ_ＯＮに達するとその値で留まる。

なお、ここではＹ方向第１接点群１１，１２のうちＹ方向第１接点１１について第１対向電極２１との関係を示したが、Ｙ方向第１接点群１１，１２のＹ方向第２接点１２、Ｙ方向第２接点群１３，１４、Ｘ方向第１接点群１５，１６及びＸ方向第２接点群１７，１８についても、対応する対向電極２２〜２８と同様の関係を有する。

図７は、本実施の形態の座標入力装置の断面図である。

この図は、図１に示した第１基板１０を直線Ｉ−Ｉで、図３に示した第２基板２０を直線II−IIで切断した断面に相当するものである。

図７Ａは、押圧操作をしていない状態での座標入力装置の断面図である。第２基板２０は、第１基板１０に対して変位可能なように、ドーム状の弾性支持部材３１によって第１基板１０に対して所定距離をおいて支持されている。

第１基板１０には、Ｙ方向第１接点群１１，１２のＹ方向第１接点１１の第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂ、Ｙ方向第２接点群１３，１４のＹ方向第４接点１４の第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂが形成されている。第２基板２０には、Ｙ方向第１接点１１に対向して対向電極２１、Ｙ方向第４接点１４に対向して第４対向電極２２が、それぞれ形成されている。

弾性支持部材３１においては、第２基板２０を配置する反対側の面に、第２基板２０に対して押圧力を加えるために指などで操作可能な押圧部材３２が設けられている。

このように押圧されていない状態では、対向電極は対向する第１及び第２電極から離間された状態で保持されるか、少なくとも僅少な押圧力で第１及び第２電極に接触するため、第１及び第２電極間は絶縁されているかまたは十分に高い抵抗値を示す。

図７Ｂは、押圧操作をした状態での座標入力装置の断面図である。

押圧部材３２に指１００などにより押圧力が加えられると、弾性支持部材３１は、弾性的に変形し、必要に応じて座屈することでクリック感を生じさせる。

ここでは、Ｙ方向第１接点群１１，１２のＹ方向第１接点１１の第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂが第１対向電極２１に接触し、第１電極１１ａと第２電極１２ａ間の抵抗は押圧力の増加に従い急速に減少し、やがて一定の安定抵抗Ｒ_ＯＮとなる。

なお、この図７においては、Ｙ方向第１接点群１１，１２のＹ方向第１接点１１及びＹ方向第２接点群１３，１４のＹ方向第４接点１４について例示したが、このことは他の接点群に対しても同様である。

図８は、他の態様の座標入力装置の断面図である。

他の態様においては、第１基板１０及び第２基板２０の中央部に、それぞれ第１中央接点１９（第３の接点）及び中央対向電極２９が形成されている。第１中央接点１９は、第１電極１９ａ及び第２電極１９ｂから構成されている。このような中央部に設けられた接点及び対向電極１９，２９は、座標入力の操作開始を検出するために設けることができる。

なお、このような入力操作の検出のための接点及び対向電極は、第１基板１０及び第２基板２０の中央部に限られず、外周部に設けることもできる。

図９は、本実施の形態の座標入力装置の検出回路図を示す図である。

この検出回路は、Ｙ方向座標検出部４０及びＸ方向座標検出部５０から構成されている。

Ｙ方向座標検出部４０においては、Ｙ方向第１接点群１１，１２のＹ方向第１接点４１（１１）及びＹ方向第２接点４２（１２）と第１ダミー抵抗４５とが並列接続され、Ｙ方向第１接点ユニット２０１を構成している。

ここで、この回路図においては、Ｙ方向第１接点群１１，１２のＹ方向第１接点１１及びＹ方向第２接点１２をスイッチと可変抵抗が直列接続された等価回路４１，４２で示し、対応関係を明らかにするために符号４１（１１）、４２（１２）で示すことにする。以下でも同様とする。

また、Ｙ方向第２接点群１３，１４のＹ方向第３接点４３（１３）及びＹ方向第４接点４４（１４）が第２ダミー抵抗４６とが並列接続され、Ｙ方向第２接点ユニット２０２を構成している。

Ｙ方向第１接点ユニット２０１とＹ方向第２接点ユニット２０２は直列接続され、Ｙ方向接点ユニット２０５を構成し、その接続点はＹ方向共通電位線４９とされている。Ｙ方向接点ユニット２０５は、同時にＹ方向座標検出部４０を構成している。このＹ方向接点ユニット２０５の一端６２は第２スイッチ４８を介して電源レベルに接続され、その他端６１は第１スイッチ４７を介して接地レベルに接続されている。

ここで、第１スイッチ４７及び第２スイッチ４８をオンとした状態で、Ｙ方向共通電位線４９の電位を測定することで、Ｙ方向第１接点群１１，１２とＹ方向第２接点群１３，１４のオン抵抗比を検出することができる。または、いずれか一方の接点群がオフ状態では、対応するダミー抵抗４５，４６とオン状態の接点群の抵抗比を検出することができる。

Ｘ方向座標検出部５０においては、Ｘ方向第１接点群１５，１６のＸ方向第１接点５１（１５）及びＸ方向第２接点５２（１６）と第３ダミー抵抗５５とが並列接続され、Ｘ方向第１接点ユニット２０３を構成している。

また、Ｘ方向第２接点群１７，１８のＸ方向第３接点５３（１７）及びＸ方向第４接点５４（１８）が第４ダミー抵抗５６とが並列接続され、Ｘ方向第２接点ユニット２０４を構成している。

なお、第１〜第４ダミー抵抗４５，４６，５５，５６は、第１基板１０上にハンダ付け、抵抗ペースト印刷などの手段で、設けられても良いし、第１基板外部に設けられても良い。

Ｘ方向第１接点ユニット２０３とＸ方向第２接点ユニット２０４は直列接続され、Ｘ方向接点ユニット２０６を構成し、その接続点はＸ方向共通電位線５９とされている。Ｘ方向接点ユニット２０６は、同時にＸ方向座標検出部５０を構成している。このＸ方向接点ユニット２０６の一端６４は第４スイッチ５８を介して電源レベルに接続され、その他端は第３スイッチ５７を介して接地レベルに接続され、他方がＸ方向共通電位線５９とされている。

ここで、第３スイッチ５７及び第４スイッチ５８をオンとした状態で、Ｘ方向共通電位線５９の電位を測定することで、Ｘ方向第１接点群１５，１６とＸ方向第２接点群１７，１８のオン抵抗比を検出することができる。または、いずれか一方の接点群がオフ状態では、対応するダミー抵抗５５，５６とオン状態の接点群の抵抗比を検出することができる。

なお、ダミー抵抗４５，４６，５５，５６は、安定抵抗Ｒ_ＯＮの値の１〜３０倍とする。これより小さいと消費電力が増大し、大きいと絶縁状態から安定抵抗Ｒ_ＯＮに至るまでの過渡的な抵抗変化を捉えることが難しくなる。さらに、実用上、適切な出力レンジを得るために、より好ましくは２〜６倍である。通常、安価なオン−オフ用の導電ゴムではＲ_ＯＮは概ね０．３〜１ｋΩであるため、１〜３．３ｋΩを中心に設定する。

これらＹ方向座標検出部４０のＹ方向共通電位線４９とＸ方向座標検出部５０のＸ方向共通電位線５９は、第５スイッチ３９を介して接続されている。上述のように、Ｙ方向座標検出部４０とＸ方向座標検出部５０において、ＸＹ座標を独立に検出する場合には、この第５スイッチ３９はオフとされている。

この第５スイッチ３９によって、Ｙ方向第１接点群１１，１２の第２接点１１ｂ，１２ｂ、Ｙ方向第２接点群１３，１４の第２接点１３ｂ，１４ｂ、Ｘ方向第１接点群１５，１６の第２接点１５ｂ，１６ｂ及びＸ方向第２接点群１７，１８の第２接点１７ｂ，１８ｂは、Ｙ方向共通電位線４９及びＸ方向共通電位線５９を介して互いに接続している。

本実施の形態の座標入力装置は、第５スイッチ３９をオンとしてＹ方向座標検出部４０のＹ方向共通電位線４９とＸ方向座標検出部５０のＸ方向共通電位線５９を接続することにより、既存の抵抗膜式タッチパネルのインターフェイスを転用することができる。

すなわち、Ｙ方向座標検出部４０を例えばＹ側抵抗膜とし、Ｘ方向座標検出部５０をＸ側抵抗膜とし、Ｙ方向座標検出部４０に接続する第１スイッチ４７及び第２スイッチ４８、Ｘ方向座標検出部５０の接続する第３スイッチ５７及び第４スイッチ５８の組み合わせを交互にオン−オフし、Ｙ方向座標検出部４０とＸ方向座標検出部５０を切り替えることにより、所謂定電圧駆動方式の抵抗膜式タッチパネルと同様に簡便に入力座標を得ることが可能になる。

具体的に、第１スイッチ４７及び第２スイッチ４８をオンとし、第３スイッチ５７及び第４スイッチ５８をオフとすることにより、Ｙ方向座標検出部４０がオン、Ｘ方向座標検出部５０がオフとなり、Ｙ方向共通電位線４９及びＸ方向共通電位線５９には、Ｙ方向の座標に関する電位が得られる。一方、第１スイッチ４７及び第２スイッチ４８をオフとし、第３スイッチ５７及び第４スイッチ５８をオンとすることにより、Ｙ方向座標検出部４０がオフ、Ｘ方向座標検出部５０がオンとなり、Ｙ方向共通電位線４９及びＸ方向共通電位線５９には、Ｘ方向の座標に関する電位が得られる。これらＹ方向共通電位線４９及びＸ方向共通電位線５９の電位を抵抗膜式タッチパネルのインターフェイスへの入力とすることができる。

既存の抵抗膜式タッチパネルインターフェースを転用する場合は、Ｙ方向の測定では、第１スイッチ４７及び第２スイッチ４８をオン、第３スイッチ５７及び第４スイッチ５８をオフとし、Ｙ方向座標検出部４０の一端６１または他端６２でＹ側抵抗膜の電位差を測定する。Ｘ方向の測定では、第１スイッチ４７及び第２スイッチ４８をオフ、第３スイッチ５７及び第４スイッチ５８をオンとし、Ｘ方向座標検出部５０の一端６３または他端６４でＸ側抵抗膜の電位差を測定する。例えば、このような測定は、Ｙ方向座標検出部４０の一端６１とＸ方向座標検出部５０の一端６３の出力をＡ／Ｄコンバータ６７に供給することで行うことができる。

なお、第５のスイッチ３９は、入力操作の開始を座標入力装置側で検出する必要がなければ省略することができる。この第５のスイッチ３９は、図８に示した第１中央接点１９及び中央対向電極２９で構成することもできる。

［第２の実施の形態］
図１０は、第２の実施の形態の座標入力装置の検出回路図を示す図である。

第２の実施の形態では、Ｙ方向座標検出部４０とＸ方向座標検出部５０を結ぶ第５スイッチ３９をオンとし、Ｙ方向座標検出部４０の一端６１を第１検出抵抗７２を介して定電流源７１を接続し、他端６２を直接に定電流源７１に接続する。また、Ｘ方向座標検出部５０の一端６３を第２検出抵抗７３を介して接地レベルに接続し、他端６４は直接に接地レベルに接続する。

そして、Ｙ方向座標検出部４０の一端６２と他端６１の間の電位差を第１検出抵抗７２の両端の電位差を第１差動アンプ７４により検出することでＹ出力とする。また、Ｘ方向座標検出部５０の一端６４と他端６３の間の電位差を第２検出抵抗７３の両端の電位差を第２差動アンプ７５により検出することでＸ出力とする。

換言すると、Ｙ方向座標検出部４０に相当するＹ方向接点ユニット２０５からＸ方向座標検出部５０に相当するＸ方向接点ユニット２０６へ第５スイッチ３９を通じて電流を流す。そして、Ｙ方向接点ユニット２０５の端部６１，６２の電位差を検出してＹ出力とし、Ｘ方向接点ユニット２０６の端部６３，６４の電位差を検出してＸ出力とする。

なお、電流を流す方向は、Ｙ方向接点ユニット２０５からＸ方向接点ユニット２０６に限られず、逆にＸ方向接点ユニット２０６からＹ方向接点ユニット２０５であってもよい。

この他の実施の形態によると、Ｙ方向座標検出部４０とＸ方向座標検出部５０を切り替える必要がない。したがって、切り替えに伴うノイズが少なく、かつ動作周波数が低いため、導電ゴムとして般のオン−オフスイッチに使用される安価な導電ゴムのように接点の電流・電圧特性が非線形のものを使用した場合でも、安定した入力座標を得ることが可能である。

このような他の実施の形態も、既存の抵抗膜式タッチパネル用のインターフェイスを転用したものと同等の構成である。この場合のインターフェイスには、例えば定電流電源、第１及び第２検出抵抗７２，７３及び第１及び第２差動アンプ７４，７５が相当する。

次に、本実施の形態の座標入力装置の動作について説明する。

入力操作を行なっていない状態では、第１基板１０上のＹ方向第１接点群１１，１２、Ｙ方向第２接点群１３，１４、Ｘ方向第１接点群１５，１６及びＸ方向第２接点群１７，１８は、すべてオフの状態である。

図７に示した押圧部材３２を押圧することにより、図１のＹ軸の負の領域のＹ方向第１接点群１１，１２に相当する部分に押圧力を加えると、第２基板２０が変位し、図３に示したＹ方向第１対向電極１２１がＹ方向第１接点群１１，１２に接触する。これによって、Ｙ方向第１接点群１１，１２の第１電極及び第２電極がそれぞれ導通し、押圧力にしたがってＹ方向第１対向電極１２１がＹ方向第１接点群１１，１２に接触する面積が増加するにつれて抵抗が減少し、やがて一定の安定抵抗Ｒ_ＯＮとなる。

この状態で、押圧位置を原点Ｏに関して時計周り方向に移動すると、Ｙ方向第１接点群１１，１２のＹ方向第２接点１２の抵抗が上昇し、やがてオフ状態となり、Ｙ方向第２接点群１３，１４のＹ方向第４接点１４がＹ方向第２対向電極１２２に接触し抵抗が減少する。さらに押圧位置を時計回り方向に移動するとやがてＹ方向第１接点群１１，１２のＹ方向第１接点１１がオフになり、Ｙ方向第２接点群１３，１４のＹ方向第３接点１３がＹ方向第２対向電極１２２に接触し、Ｙ方向第２接点群１３，１４のＹ方向第３接点１３及びＹ方向第４接点１４が同時にオンの状態となる。

なお、ここではＹ方向第１接点群１１，１２及びＹ方向第２接点群１３，１４についての動作を説明したが、Ｘ方向第２接点群１５，１６及びＸ方向第２接点群１７，１８についての動作も同様である。

この座標入力装置の出力電圧をＸＹ面内でプロットすると、各接点１１〜１８の抵抗がＲ_ＯＮになるような大きな力で環状の押圧部材３２を押圧し、図１の原点Ｏの周囲を円を描くようになぞるような操作を行なった場合、略四角形の図形が描かれた。一方、各接点１１〜１８の抵抗がＲ_ＯＮに至らない小さな力で同様に押圧部材３２をなぞる操作を行った場合、電圧は略円形の図形が描かれた。

図１１に示すように、第１基板１０において直径１０ｍｍの円周上に直径３ｍｍの櫛歯状接点１１〜１８を正八角形に配置した。第１基板１０に対向する第２基板２０上に、導電性のシリコンゴム８７Ｃ４０Ｐ（信越ポリマー製：ゴム硬度４５度）で曲率２．４ｍｍの対向電極を形成した。環状の押圧部材３２（図７参照）は、厚み０．９ｍｍのアクリル製とした。接点１１〜１８の安定抵抗Ｒ_ＯＮは、荷重５００ｇｆのとき６００Ωであった。

図９に示した検出回路を使用し、第１〜第４ダミー抵抗４５，４６，５５，５６として３．３ｋΩを使用し、第５スイッチ３９をオンとしてＹ方向座標検出部４０のＹ方向共通電位線４９とＸ方向座標検出部５０のＸ方向共通電位線５９を接続した。

そして、図１０に示した回路構成を適用し、第１検出抵抗７２及び第２検出抵抗７３をそれぞれ２０Ωとし、１ｍＡの定電流源７１を用いた。第１検出抵抗７２及び第２検出抵抗７３の両端の電位差を、内部抵抗１ｋΩ、差動利得２００倍の第１差動アンプ７４及び第２差動アンプ７５で検出し、それぞれＹ出力及びＸ出力とした。

環状の押圧部材３２の表面を親指で強く押しながら、円を描くようになぞり、インターフェイスの出力をＸＹ面に表示した。その結果、図１２に示すような略四角形状の図形が観察された。

一方、環状の押圧部材３２の表面を小指で弱く押しながら、円を描くようになぞり、インターフェイスの出力をＸＹ面に表示した。その結果、図１３に示すような略円周状の図形が観察された。

［第３の実施の形態］
次に、櫛歯状接点を東西南北方向に正四角形に配置し、その他は同様に座標入力装置を構成した入力を行なった。

図１４は、第３の実施の形態の配置を示す図である。

第１基板１０においては、主面に設定されたＸＹ直交座標系について、Ｙ方向に原点を挟んで対向するようにＹ方向第１接点２１０及びＹ方向第２接点２１２、Ｘ方向に原点を挟んで対向するようにＸ方向第１接点２１１及びＸ方向第２接点２１３が形成されている。

図１５は、第３の実施の形態の回路構成を概略的に示す図である。

Ｙ方向第１接点２１０及びＹ方向第２接点２１２を含むＹ方向接点ユニット２２１のスイッチを介して接地レベルに接続される他端と、Ｘ方向第１接点２１１及びＸ方向第２接点２１３を含みＸ方向接点ユニット２２２を介して電源レベルに接続される一端との間の電位差が、マルチプレクサ２２０を介して検出される。ここで、Ｙ方向接点ユニット２２１及びＸ方向接点ユニット２２２を電源ライン及び接地レベルに接続する各スイッチとマルチプレクサ２２０は、抵抗膜式タッチパネルのインターフェイスに相当する。なお、実際には、スイッチとしてＣ−ＭＯＳＩＣの３ステートゲート（７４ＨＣ１２５）を使用して切り替えを行った。

環状の押圧部材３２の表面を親指で強く押しながら、円を描くようになぞり、インターフェイスの出力をＸＹ面に表示した。その結果、図１６に示すようなＸＹ方向とは各辺の方向が異なるひし形状の図形が描かれた。また、ＸＹ方向の接点の切り替えに際しても波形に乱れが生じたことが観察されたが、座標データを得ることができた。

[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。

本発明は、携帯端末などさまざまな電子機器における座標入力に使用することができる。

１０第１基板
１１，１２Ｙ方向第１接点群
１３，１４Ｙ方向第２接点群
１５．１６Ｘ方向第１接点群
１７，１８Ｘ方向第２接点群
２０第２基板
２１〜２８第１〜第８対向電極
１２１Ｙ方向第１対向電極
１２２Ｙ方向第２対向電極
１２３Ｘ方向第１対向電極
１２４Ｘ方向第２対向電極

Claims

主面にＸＹ直交座標系が設定され、原点を挟んでＹ方向に対向して配置されたＹ方向第１接点及びＹ方向第２接点と、原点を挟んでＸ方向に対向して配置されたＸ方向第１接点及びＸ方向第２接点とを有し、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各接点は、それぞれ、第１電極及び第２電極を有し、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各接点には、それぞれ並列にダミー抵抗が接続され、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各第２電極は、互いに接続されている第１基板と、
前記第１基板に対向する主面に、前記Ｙ方向第１接点及び前記Ｙ方向第２接点にそれぞれ対向して配置されたＹ方向第１対向電極及びＹ方向第２対向電極と、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点にそれぞれ対向して配置されたＸ方向第１対向電極及びＸ方向第２対向電極とを有する、前記第１基板に対して変位可能な第２基板とを有し、
前記Ｙ方向第１対向電極、前記Ｙ方向第２対向電極、前記Ｘ方向第１対向電極及び前記Ｘ方向第２対向電極は、前記第１基板に接触すると、それぞれ第１電極及び第２電極を電気的に導通し、かつ前記第１基板に接触する面積を可変できる弾性体からなることを特徴とする座標入力装置。
主面にＸＹ直交座標系が設定され、原点を挟んでＹ方向に対向して配置されたＹ方向第１接点及びＹ方向第２接点と、原点を挟んでＸ方向に対向して配置されたＸ方向第１接点及びＸ方向第２接点とを有し、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各接点は、それぞれ、第１電極及び第２電極を有し、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各接点に、それぞれ並列にダミー抵抗が接続して、Ｙ方向第１接点ユニット、Ｙ方向第２接点ユニット、Ｘ方向第１接点ユニット及びＸ方向第２接点ユニットを構成し、前記Ｙ方向第１接点ユニット及び前記Ｙ方向第２接点ユニットを直列に接続してＹ方向接点ユニットを構成し、前記Ｘ方向第１接点ユニット及び前記Ｘ方向第２接点ユニットを直列に接続してＸ方向接点ユニットを構成し、前記Ｙ方向接点ユニットの一端を第１スイッチ手段を介して電源に接続し、前記Ｙ方向接点ユニットの他端を第２スイッチ手段を介して接地し、前記Ｘ方向接点ユニットの一端を第３スイッチ手段を介して電源に接続し、前記Ｘ方向接点ユニットの他端を第４スイッチ手段を介して接地した第１基板と、
前記第１基板に対向する主面に、前記Ｙ方向第１接点及び前記Ｙ方向第２接点にそれぞれ対向して配置されたＹ方向第１対向電極及びＹ方向第２対向電極と、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点にそれぞれ対向して配置されたＸ方向第１対向電極及びＸ方向第２対向電極とを有する、前記第１基板に対して変位可能な第２基板とを有し、
前記Ｙ方向第１対向電極、前記Ｙ方向第２対向電極、前記Ｘ方向第１対向電極及び前記Ｘ方向第２対向電極は、前記第１基板に接触すると、それぞれ第１電極及び第２電極を電気的に導通し、かつ前記第１基板に接触する面積を可変できる弾性体からなり、
前記第１及び第２スイッチ手段をオン、前記第３及び第４スイッチ手段をオフとした状態で、前記Ｘ方向接点ユニットを介して共通接点の電位を測定し、前記第１及び第２スイッチ手段をオフ、前記第３及び第４スイッチ手段をオンとした状態で、前記Ｙ方向接点ユニットを介して共通接点の電位を測定することを特徴とする座標入力装置。
主面にＸＹ直交座標系が設定され、原点を挟んでＹ方向に対向して配置されたＹ方向第１接点及びＹ方向第２接点と、原点を挟んでＸ方向に対向して配置されたＸ方向第１接点及びＸ方向第２接点とを有し、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各接点は、それぞれ、第１電極及び第２電極を有し、前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点の各接点に、それぞれ並列にダミー抵抗が接続して、Ｙ方向第１接点ユニット、Ｙ方向第２接点ユニット、Ｘ方向第１接点ユニット及びＸ方向第２接点ユニットを構成し、前記Ｙ方向第１接点ユニット及び前記Ｙ方向第２接点ユニットを直列に接続してＹ方向接点ユニットを構成し、前記Ｘ方向第１接点ユニット及び前記Ｘ方向第２接点ユニットを直列に接続してＸ方向接点ユニットを構成した第１基板と、
前記第１基板に対向する主面に、前記Ｙ方向第１接点及び前記Ｙ方向第２接点にそれぞれ対向して配置されたＹ方向第１対向電極及びＹ方向第２対向電極と、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点にそれぞれ対向して配置されたＸ方向第１対向電極及びＸ方向第２対向電極とを有する、前記第１基板に対して変位可能な第２基板とを有し、
前記Ｙ方向第１対向電極、前記Ｙ方向第２対向電極、前記Ｘ方向第１対向電極及び前記Ｘ方向第２対向電極は、前記第１基板に接触すると、それぞれ第１電極及び第２電極を電気的に導通し、かつ前記第１基板に接触する面積を可変できる弾性体からなり、
前記Ｙ方向接点ユニット又は前記Ｘ方向接点ユニットの一方から他方へ電流を流し、前記Ｙ方向接点ユニットの端部の電位差と前記Ｘ方向接点ユニットの端部の電位差を測定することを特徴とする座標入力装置。
前記Ｙ方向第１接点、前記Ｙ方向第２接点、前記Ｘ方向第１接点及び前記Ｘ方向第２接点は、それぞれ１又は複数の接点を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の座標入力装置。
前記Ｙ方向第１対向電極、前記Ｙ方向第２対向電極、前記Ｘ方向第１対向電極及び前記Ｘ方向第２対向電極は、導電ゴムからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の座標入力装置。
前記第１基板に対して前記第２基板を変位可能に支持する弾性支持部材をさらに有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の座標入力装置。
前記第１電極及び前記第２電極は、櫛歯状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の座標入力装置。
前記Ｙ方向第１対向電極及び前記Ｙ方向第２対向電極は、それぞれＹ軸を挟んで対向する２個の対向電極を有し、前記Ｘ方向第１対向電極及び前記Ｘ方向第２対向電極は、それぞれＸ軸を挟んで対向する２個の対向電極を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の座標入力装置。