JP6106919B2 - センサ装置、入力装置及び電子機器 - Google Patents

センサ装置、入力装置及び電子機器 Download PDF

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Description

本技術は、ユーザに対して操作感を付与することが可能なセンサ装置、入力装置及び電子機器に関する。
入力装置には、ユーザに対して操作感を付与することにより、ユーザによる操作の正確性を向上させるものがある(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に開示された入力装置は互いに対向するシート部と基板とを有する。この入力装置は、シート部と基板との間にゴム部材を挟持している。シート部には複数の開口部が形成されている。この入力装置は、ユーザがシート部を基板側に押圧すると、シート部と基板との間で圧迫されたゴム部材がシート部の開口部から隆起するように構成されている。したがって、シート部を押圧するユーザは、隆起するゴム部材の触感(操作感)を受ける。
特開2009−279825号公報
しかしながら、特許文献1に記載の入力装置では、ユーザがシート部を押圧する度に開口部からゴム部材が隆起する。そのため、ユーザがシート部を押圧する回数を重ねるにつれて、シート部の開口部の磨耗やゴム部材の劣化が生じる。
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、ユーザに対して操作感を付与することが可能であり、かつ、耐久性に優れるセンサ装置、入力装置及び電子機器を提供することにある。
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係るセンサ装置は入力操作部とセンサ素子とを具備する。
上記入力操作部は、押圧部と、複数の突起部と、を有し、上記押圧部は操作子による操作を受ける第1の面と当該第1の面とは反対の第2の面とを含み、上記複数の突起部は、上記第1の面が操作子により第1の押圧力を受ける第1の状態と、上記第1の面が操作子により上記第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力を受ける第2の状態とで、操作子に対して反作用として加わる圧力の分布が異なるように構成されている。
上記センサ素子は、上記第2の面に対向配置され、上記第1の状態と上記第2の状態とで異なる信号を出力する。
この構成により、上記センサ装置は、上記第1の状態と上記第2の状態とでユーザに対して異なる操作感を付与することが可能となる。
上記センサ素子は、操作子の近接により静電容量が変化する容量素子であってもよい。
この構成により、上記センサ装置は、上記第1の状態と上記第2の状態とで上記静電容量に基づく信号を出力することが可能となる。
上記センサ素子は、上記第2の押圧力を受けることで相互に接触可能な1対の電極を有する接触式センサ素子であってもよい。
この構成により、上記センサ装置は、上記第1の状態と上記第2の状態とで上記1対の電極の当接の有無に基づく信号を出力することが可能となる。
上記複数の突起部は、上記第1の面に形成され、第1の突起部と、当該第1の突起部よりも低い第2の突起部と、により構成されていてもよい。
この構成により可動部を設ける必要がなくなるため上記センサ装置の耐久性が向上する。
上記押圧部は弾性変形可能であり、上記入力操作部は、上記第2の面と上記センサ素子との間に配置された支持部と、上記第2の面に上記支持部を挟んで対向する第3の面と、を有し、上記複数の突起部は、上記第3の面に形成されていてもよい。
この構成により、上記第2の状態において上記複数の突起部によりユーザに対して刺激を加えることが可能となる。
上記押圧部における上記複数の突起部に対向する位置にそれぞれ開口部が形成されていてもよい。
この構成により、上記第2の状態において上記複数の突起部によりユーザに対してより強い刺激を加えることが可能となる。
上記押圧部は弾性変形可能であり、上記複数の突起部は上記第1の面に形成されていてもよい。
この構成により、上記センサ装置は、上記第1の状態と上記第2の状態とでユーザに対して異なる操作感を付与することが可能となる。
上記入力操作部は、上記第2の面と上記センサ素子との間に配置された支持部と、上記第2の面に上記支持部を挟んで対向する第3の面と、を有し、上記複数の突起部は、上記第1の面に形成された第1の突起部と、上記第3の面に形成された第2の突起部と、により構成されていてもよい。
この構成により、上記第2の状態において、予測とは異なる感触をユーザに付与することが可能となる。
また、本技術の一形態に係る入力装置は入力操作部とセンサ素子とコントローラとを具備する。
上記入力操作部は、押圧部と、複数の突起部と、を有し、上記押圧部は操作子による操作を受ける第1の面と当該第1の面とは反対の第2の面とを含み、上記複数の突起部は、上記第1の面が操作子により第1の押圧力を受ける第1の状態と、上記第1の面が操作子により上記第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力を受ける第2の状態とで、操作子に対して反作用として加わる圧力の分布が異なるように構成されている。
上記センサ素子は、上記第2の面に対向配置され、上記第1の状態と上記第2の状態とで異なる入力信号を出力する。
上記コントローラは、上記入力信号に基づいて上記第1の状態から上記第2の状態への変化を判定する判定部を有する。
この構成により、上記入力装置は、上記第1の状態と上記第2の状態とを判定可能となるとともに、上記第1の状態と上記第2の状態とでユーザに対して異なる操作感を付与することが可能となる。
上記コントローラは、上記判定部が上記変化を判定したときに操作信号を生成する信号生成部をさらに有してもよい。
この構成により、上記入力装置は、様々な電子機器に適用可能となる。
また、本技術の一形態に係る電子機器は入力操作部とセンサ素子とコントローラと処理装置と出力装置とを具備する。
上記入力操作部は、押圧部と、複数の突起部と、を有し、上記押圧部は操作子による操作を受ける第1の面と当該第1の面とは反対の第2の面とを含み、上記複数の突起部は、上記第1の面が操作子により第1の押圧力を受ける第1の状態と、上記第1の面が操作子により上記第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力を受ける第2の状態とで、操作子に対して反作用として加わる圧力の分布が異なるように構成されている。
上記センサ素子は、上記第2の面に対向配置され、上記第1の状態と上記第2の状態とで異なる入力信号を出力する。
上記コントローラは、上記入力信号に基づいて上記第1の状態から上記第2の状態への変化を判定する判定部、及び、当該判定部が上記変化を検出したときに操作信号を生成する信号生成部を有する。
上記処理装置は、上記操作信号に基づいて指令信号を生成する。
上記出力装置は、上記指令信号に基づいた出力を行う。
この構成により、上記電子機器は、上記第1の状態と上記第2の状態とを判定可能となるとともに、上記第1の状態と上記第2の状態とでユーザに対して異なる操作感を付与することが可能となる。
上記出力装置は表示装置であり、当該表示装置は上記指令信号に基づいた画像を表示してもよい。
この構成により、上記電子機器は、ユーザによる入力装置への操作に基づいた画像を表示装置に表示可能となる。
以上のように、本技術によれば、ユーザに対して操作感を付与することが可能であり、かつ、耐久性に優れるセンサ装置、入力装置及び電子機器を提供することができる。
本技術の第1の実施形態に係る入力装置の平面図である。 図1に示した入力装置のA−A’線に沿った断面図である。 図1に示した入力装置を用いた電子機器のブロック図である。 図1に示した入力操作部の構成例を示した図である。 図1に示した入力操作部の変形例を示した図である。 図1に示した入力操作部の製造方法を示した図である。 入力操作部の製造方法の変形例を示した図である。 図1に示した入力装置の電極構成を示した図である。 入力装置の電極構成の変形例を示した図である。 図1に示した入力装置の出力信号の一例を示した図である。 図1に示した入力装置の一例を示した平面図である。 入力装置の電極構成の変形例を示した図である。 図1に示した入力装置を用いたパーソナルコンピュータの概略構成図である。 図13に示したパーソナルコンピュータの概略構成図である。 図13に示したパーソナルコンピュータの概略構成図である。 図13に示したパーソナルコンピュータの概略構成図である。 本技術の第2の実施形態に係る入力装置の断面図である。 比較例1に係る入力装置の断面図である。 図18に示した入力装置におけるキートップの変位と指に加わる反力との関係を示した図である。 比較例1に係る入力装置の断面図である。 本技術の第3の実施形態に係る入力装置の断面図である。 本技術の第4の実施形態に係る入力装置の断面図である。 本技術の第5の実施形態に係る入力装置の断面図である。 本技術の第6の実施形態に係る入力装置の断面図である。
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。図面には相互に直交するX軸、Y軸、およびZ軸が示され、これらは各実施形態ごとに共通の軸である。
<第1の実施形態>
[全体構成]
図1は、本技術の第1の実施形態に係る入力装置1における1ユニットを示す部分平面図であり、図2は図1のA−A’線に沿った入力装置1の部分断面図であり、図3は入力装置1を用いた電子機器zのブロック図である。
入力装置1は、平板状に形成されており、容量素子11と、入力操作部14と、を備える。容量素子11及び入力操作部14は相互キャパシタンス方式の静電容量型のセンサ装置を構成する。入力操作部14は、ユーザの指fによる操作を受ける押圧部である。容量素子11は、ユーザによる入力操作部14への操作に伴う操作子である指fの近接により、静電容量が変化する。
本実施形態では、操作子の一例としてユーザの指fを挙げて説明する。しかし、操作子は、ユーザが知覚可能であればよく、ユーザの指f以外の体の部位でもよい。
入力装置1はコントローラcを有し、当該コントローラcは判定部c1及び信号生成部c2を含む。判定部c1は、基準となる静電容量からの容量素子11の静電容量の変化量に基づいて、入力操作部14にどのような操作がなされたかを判定する。信号生成部c2は、判定部c1の判定に基づいて操作信号を生成する。
図3に示す電子機器zは、入力装置1の信号生成部c2の生成する操作信号に基づいた処理を行う処理装置pと、当該処理装置pによって動作させられる出力装置oと、を有する。
[入力装置]
入力操作部14は、ユーザによる操作を受ける第1の面(Z軸方向上側の面)と、容量素子11に接着された第2の面(Z軸方向下側の面)と、を有する。容量素子11はX電極12及びY電極13を有する。X電極12はY電極13より入力操作部14側(Z軸方向上側)に配置されている。
容量素子11は、X電極12が形成された基板と、Y電極13が形成された基板と、を含む複数の基材が積層されて構成されている。基材を形成する材料としては、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PI(ポリイミド)、PC(ポリカーボネート)等のプラスチック材料が挙げられる。
入力操作部14は、均一な厚さに形成された平坦部14aと、当該平坦部14aからZ軸方向上方に突出する2つの突起部14b,14cと、を備える。第1の突起部14bはZ軸方向上方に延びる略正方形状の枠として構成され、その内側に凹部14dを形成している。第2の突起部14cは、凹部14d内の四隅近傍にそれぞれ形成され、Z軸方向上方に延びる4本の円柱として構成される。第1の突起部14bは、Z軸方向の高さ、X軸及びY軸方向の寸法ともに第2の突起部14cより大きく形成されている。
第1の突起部14bにより形成される凹部14dの一辺の長さWは、適宜決定可能であるが、本実施形態ではW=10mmとした。また、本実施形態では、第1の突起部14bと第2の突起部14cとの距離、及び第2の突起部14c同士の距離はともに、1mm〜2mm程度とした。例えば、幅10mmの間に9個の突起部14b,14cを設ける場合には突起部14b,14cの間隔を1mmとし、幅10mmの間に4個の突起部14b,14cを設ける場合には突起部14b,14cの間隔を2mmとする。
入力操作部14は、指fによる操作を受けても容易に変形しない絶縁体材料で形成される。そのような材料としては、例えば、ポリエチレンテフタレートやシリコンやポリエチレンやポリプロピレンやアクリルやポリカーボネートやゴム材料が挙げられる。入力操作部14の形成には、例えば、上記材料で形成されたフィルムや成型体や繊維布が用いられる。
図2(B)は、入力操作部14がユーザの指fによるタッチ操作を受けているタッチ状態(第1の状態)を示している。タッチ状態では、指fは入力操作部14に対して非常に小さい力を及ぼしている。このとき、指fは第1の突起部14bに接触しているものの、凹部14d内に入り込んでいないため、第2の突起部14cには接触していない。したがって、タッチ状態では、第1の突起部14bは指fに対して圧力を加えているものの、第2の突起部14cは指fに対して圧力を加えていない。
図2(B)に示すタッチ状態の容量素子11の静電容量は、導電体である指fの影響により、図2(A)に示す指fの影響がない状態の容量素子11の静電容量よりも低くなる。
図2(C)は、入力操作部14が指fによるプッシュ操作を受けているプッシュ状態(第2の状態)を示している。図2(C)に示すプッシュ状態では、図2(B)に示すタッチ状態から、指fが入力操作部14にZ軸方向下方に押し付けられることより、指fが変形して凹部14dに入り込むとともに第2の突起部14cに接触する。したがって、プッシュ状態では、第1の突起部14bに加えて第2の突起部14cも指fに対して圧力を付与している。
このように、プッシュ状態ではタッチ状態よりも、指fが容量素子11に近接する。そのため、図2(C)に示すプッシュ状態の容量素子11の静電容量は、図2(B)に示すタッチ状態の容量素子11の静電容量よりもさらに低くなる。
本実施形態では、タッチ状態とプッシュ状態とで、指fに入力操作部14から反作用として加わる圧力の分布が異なる。これにより、ユーザは、プッシュ状態とタッチ状態とで異なる感触(操作感)を受けるため、タッチ状態とプッシュ状態とを直感的に識別可能である。
コントローラcの判定部c1(図3参照)は、ユーザが入力操作部14の感触によってタッチ状態とプッシュ状態とを識別するタイミングに合わせて、タッチ状態とプッシュ状態とを判定可能なように構成されている。
なお、入力装置1は、タッチ状態で動作し、プッシュ状態で動作しない第1のモードと、プッシュ状態で動作し、タッチ状態で動作しない第2のモードと、を切り替え可能な構成を有していてもよい。この場合、例えば、第1のモードと第2のモードとの切り替えスイッチが、入力装置1や処理装置pに設けられていてもよい。
(入力操作部)
タッチ状態からプッシュ状態になる際の静電容量の変化量は、指fが凹部14bに入り込むZ軸方向の深さに依存する。判定部c1(図3参照)が、プッシュ状態かタッチ状態かを判定するためには、静電容量の変化量が十分に大きい必要がある。そのため、第1の突起部14bと第2の突起部14cとのZ軸方向の高さの差Hsが所定以上の大きさであることが要求される。具体的には、上述の第1の突起部14bにより形成される凹部14dの一辺の長さWを用い、Hs>0.1×Wの関係を満たしていることが望ましい。
入力装置1は、図1に示す部分を1ユニットとし、1ユニット以上で構成される。入力装置1は、例えば、図4に示すように図1に示すユニットがX軸方向及びY軸方向に任意数並べられた行列を形成していてもよい。
第1の突起部14bと第2の突起部14cとにより形成される入力操作部14の各ユニットの表面形状は図1に示す形状以外にも、あらゆる形状とすることが可能である。
入力操作部14の各ユニットの表面形状は、例えば、図5(A)に示すようなY軸方向にそれぞれ延びる第1の突起部14bと第2の突起部14cとがX軸方向に交互に並んだ形状、図5(B)に示すような図5(A)の各突起部14b,14cがY軸方向の所定の間隔で分割された形状と、図5(C)に示すような相対的に大径の円柱形状に形成された第1の突起部14b列と相対的に小径の円柱形状に形成された第2の突起部14c列とがX軸方向に交互に並んだ形状とすることも可能である。
また、入力操作部14の各ユニットの表面形状は、図5(D)に示すような第1の突起部14bに円形に形成された複数の凹部14d内の中央部にそれぞれ円柱状の第2の突起部14cが形成された形状、図5(E)に示すような第1の突起部14bに楕円形に形成された複数の凹部14d内に楕円柱状の第2の突起部14cが形成された形状とすることも可能である。
さらに、入力操作部14の各ユニットの表面形状は、図5(F)に示すような互いに同径に形成された円柱状の第1の突起部14bと第2の突起部14cとがX軸方向及びY軸方向に交互に配置された形状とすることも可能である。
そして、入力操作部14の各ユニットの表面形状は、図5(G)に示すような矩形状の枠をなす第1の突起部14b内に壁状の第2の突起部14cが形成された形状、図5(H)に示すような矩形状の枠をなす第1の突起部14b内にエンボス文字を含む第2の突起部14cを有する形状、図5(I)に示すような多角形状の枠をなす第1の突起部14bを有する形状のいずれとすることも可能である。
一方、入力操作部14の各ユニットの表面形状は、上述した形状の第1の突起部14bと第2の突起部14cとが互いに逆に配置された形状とすることも可能である。いずれの場合にも、第1の突起部14bの間隔Wと、及び第1の突起部14bと第2の突起部14cとのZ軸方向の高さの差Hsは、Hs>0.1×Wの関係を満たしていることが望ましい。
(入力操作部の製造方法)
図6は本実施形態に係る入力装置1の入力操作部14の製造方法を示す図である。まず、図6(A)に示すように、透明板T上にUV樹脂R1を配置する。樹脂R1としては、固形のシート材料を用いても、液状のUV硬化性材料を用いてもよい。そして、図6(B)に示すように、所定の凹凸形状のパターンが形成されたロール状の金型101によりUV樹脂R1に金型101の凹凸形状のパターンを転写するとともに、透明板T側からUV照射を行ってUV樹脂R1を硬化させる。そして、図6(C)に示すように、透明板TからUV樹脂R1を剥がし、入力操作部14を取り出す。
図7は入力操作部の製造方法の変形例を示す図である。まず、図7(A)に示すように、所定形状の射出成形金型102を用意する。そして、図7(B)に示すように、溶融状態の熱可塑性樹脂R2を注入口102aから金型102内に注入することにより樹脂R2を射出成形する。そして、図7(C)に示すように、樹脂材料R2を射出成形金型102から離型し、入力操作部114を取り出す。
(容量素子の電極構成)
図8は、入力装置1のZ軸方向上側から見た平面図であり、容量素子11内のX電極12及びY電極13のみを示している。X電極12及びY電極13は、いわゆるクロスマトリックス型の構成によって形成されている。入力装置1は、そのY軸方向の全範囲にわたって延びるn列のX電極12と、そのX軸方向の全範囲にわたって延びるm行のY電極13と、を備える。X電極12は入力装置1のX軸方向の全範囲にわたって配列され、Y軸電極は入力装置1のY軸方向の全範囲にわたって配列されている。なお、電極の配列は必ずしも等間隔で配列されていなくてもよく、各キーの位置に合わせて配列のピッチを変える事も可能である。
入力装置1には、X電極12とY電極13とが互いに交差する各位置に、それぞれ図2に示す容量素子11が形成される。したがって、入力装置1は、n×m個の容量素子11(図2参照)を備える。互いに等しい面積の入力操作部14を有する入力装置の場合、n及びmの値が大きい方が、XY平面における容量素子11の密度が高くなるため、より操作位置を正確に検出することができるようになる。
なお、本実施形態に係る入力装置1は、相互キャパシタンス方式を採用しているが、いわゆるマルチタッチ方式でなく、入力操作部14への操作が複数の位置で同時に行われないシングルタッチ方式の場合には、自己キャパシタンス方式を採用することができる。
図9は自己キャパシタンス方式を採用した場合の電極構成を示す図である。X電極12a及びY電極13aは、互いにZ軸方向に重なり合わないように並べられた菱形電極である。X電極12aはY軸方向に延びるn本の列をなしており、Y電極13aはX軸方向に延びるm本の行をなしている。なお、入力装置1に自己キャパシタンス方式を採用した場合には、図2(B)に示すタッチ状態での容量素子11の静電容量は図2(A)に示す状態での容量素子11の静電容量より高くなり、図2(C)に示すプッシュ状態での容量素子11の静電容量は図2(B)に示すタッチ状態での容量素子11の静電容量より高くなる。
(コントローラ)
コントローラcは、典型的には、CPU(Central Processing Unit)あるいはMPU(Micro−Processing Unit)で構成される。本実施形態においてコントローラcは、判定部c1と信号生成部c2とを有し、不図示の記憶部に格納されたプログラムに従って各種機能を実行する。判定部c1は、容量素子11から出力される電気的な信号(入力信号)に基づいて入力操作部14の状態を判断し、信号生成部c2は、その判断結果に基づいて操作信号を生成する。また、コントローラcは、入力装置1を駆動するための駆動回路を有する。
図10は、容量素子11からの出力信号の一例を示す図である。図10におけるX軸に沿って示す棒グラフは、各X電極12が形成する任意の容量素子11における基準となる静電容量からの静電容量の変化量を示している。また、図10におけるY軸に沿って示す棒グラフは、各Y電極13が形成する任意の容量素子11における基準となる静電容量からの静電容量の変化量を示している。ここで、基準となる静電容量とは、図2(A)に示す指fの影響がない状態にある容量素子11の静電容量のことである。各棒グラフは、図2(B)に示すタッチ状態(「T」と表示)と、図2(C)に示すプッシュ状態(「P」と表示)と、に分けて示している。
図3に示すコントローラcの判定部c1は、入力操作部14における指fによる操作位置のX軸方向及びY軸方向の座標を、各X電極12及び各Y電極13から得られる静電容量の変化量により算出する。つまり、判定部c1は、図10において、各X電極12(X1,X2,X3,X4)が形成する容量素子11における静電容量の変化量の比率により、指fによる操作位置のX座標を算出し、各Y電極13(Y1,Y2,Y3,Y4)が形成する容量素子11における静電容量の変化量の比率により、指fによる操作位置のY座標を算出する。これにより、判定部c1は、入力操作部14における操作位置の座標を信号生成部c2(図3参照)に出力する。
判定部c1は、図2(B)に示すタッチ状態であるか図2(C)に示すプッシュ状態であるかの評価値として、各X電極12または各Y電極13により形成される容量素子11における静電容量の変化量の最大値を用いることが可能である。
また、判定部c1は、図2(B)に示すタッチ状態であるか図2(C)に示すプッシュ状態であるかの評価値として、各X電極12により形成される容量素子11における静電容量の変化量の合算値(図10におけるX軸に沿って示す棒グラフの各値の合算値であり、X合算値と呼ぶこととする。)を用いることも可能である。さらに、X合算値に代えて、各Y電極13により形成される容量素子11における静電容量の変化量の合算値(図10におけるY軸に沿って示す棒グラフの各値の合算値であり、Y合算値と呼ぶこととする。)を用いてもよい。さらに、X合算値やY合算値に代えて、X合算値とY合算値とをさらに足し合わせた値を用いてもよい。
具体的には、判定部c1には、第1の閾値と、当該第1の閾値より大きい第2の閾値と、が設定されている。そして、判定部c1は、上記評価値が第1の閾値以上第2の閾値未満である場合にタッチ状態であると判定し、上記評価値が第2の閾値以上である場合にプッシュ状態であると判定する。そして、判定部c1はその判定結果を信号生成部c2(図3参照)に出力する。
判定部c1には第1の閾値及び第2の閾値として任意の値を設定することが可能である。例えば、指の力が弱い女性や子供などのユーザ向けに第1の閾値及び第2の閾値を低く設定することや、指の力が強いユーザ向けに第1の閾値及び第2の閾値を高く設定することもできる。また、大きい指のユーザの場合、小さい指のユーザに比べて、入力操作部14に接する指の面積が大きくなるため、タッチ状態でもプッシュ状態でも容量素子11の変化量が大きくなる。そのため、大きい指のユーザ向けに第1の閾値及び第2の閾値を高く設定することもできる。
このように、本実施形態に係る入力装置1では、判定部c1がタッチ状態であるかプッシュ状態であるかを正確に判定することが可能である。
信号生成部c2は、判定部c1からの出力信号に応じて操作信号を生成する。具体的には、信号生成部c2では、タッチ状態とプッシュ状態とで異なる操作信号を生成する。
以上のように、本実施形態に係る入力装置1は、可動部を含まないため、長寿命であり、かつ防水性に優れている。
[電子機器]
(パーソナルコンピュータ)
電子機器としてパーソナルコンピュータに本実施形態に係る入力装置1を適用した例について説明する。図11は、入力装置1の上面図である。入力操作部14には、一般的なパーソナルコンピュータ用キーボードと同様のキー配列の文字や図柄が描かれている。
本例の場合、図8に示す電極構成を図12に示す構成に変更してもよい。図12に示す電極構成では、各容量素子11が各キーに対応する位置になるように、X電極12b及びY電極13bが配列されている。これにより、各キーの位置と入力操作部14の各ユニットの位置とが一致するため、判定部c1によって操作されたキーの位置をより的確に判定することが可能となる。
図13〜16は、本実施形態に係る入力装置1と、出力装置o(図3参照)としての表示装置o1と、を備えた電子機器z(図3参照)としてのパーソナルコンピュータz1の概略構成図である。パーソナルコンピュータz1は、不図示の処理装置p(図3参照)を有する。
パーソナルコンピュータz1がデスクトップ型の場合には、入力装置1が、処理装置pとしての本体及び表示装置o1とは別体として構成される。本体と表示装置o1とは、一体として構成されても、別体として構成されてもよい。また、入力装置1は、本体及び表示装置o1に対して、ケーブルによって接続されていても、無線で接続されていてもよい。
一方で、パーソナルコンピュータz1がノートブック型の場合、入力装置1と、処理装置pと、表示装置o1と、が一体として構成され、この場合、入力装置1のコントローラcが処理装置pを兼ねていてもよい。
図13について説明する。指fが入力操作部14の各キーに対応するX軸(第1の軸)の座標及びY軸(第2の軸)の座標の位置に押圧力を加えるプッシュ操作を行うと、入力装置1の判定部c1は、当該キーの位置がプッシュ状態になったと判定し、入力装置1の信号生成部c2に出力する。これにより、信号生成部c2は、プッシュ状態になった位置におけるキーの文字や図柄に対応した表示を行わせる操作信号を生成し、当該操作信号を処理装置pに出力する。処理装置pは当該操作信号に基づいて指令信号を生成し、表示装置o1は当該指令信号に基づいた画像を表示する。このように、入力装置1を一般的なパーソナルコンピュータ用キーボードと同様に使用することが可能である。
次に、図14について説明する。入力操作部14に触れた状態の指fが入力操作部14上を移動するタッチ操作を行うと、入力装置1の判定部c1は、指fの移動軌跡に対応する位置がタッチ状態になったと判定し、入力装置1の信号生成部c2に出力する。これにより、信号生成部c2は、指fの移動軌跡に基づいてポインタpを移動させる操作信号を生成し、当該操作信号を処理装置pに出力する。処理装置pは当該操作信号に基づいて指令信号を生成し、表示装置o1は当該指令信号に基づいてポインタpを移動させる。このように、入力装置1では、一般的なパーソナルコンピュータ用マウスやトラックパッドと同様に、ポインタを感覚的に移動させることが可能である。
また、ポインタpが表示装置o1においてアイコン(不図示)上にある状態で、入力操作部14がプッシュ操作を受けると、入力装置1の判定部c1は、プッシュ状態になったと判定し、入力装置1の信号生成部c2に出力する。これにより、信号生成部c2は、当該アイコンを選択状態にする操作信号を生成し、当該操作信号を処理装置pに出力する。処理装置pは当該操作信号に基づいて指令信号を生成し、表示装置o1は当該指令信号に基づいてアイコンを選択状態にする。このように、入力装置1は、一般的なパーソナルコンピュータ用マウスやトラックパッドにおけるクリックやタップに対応する機能を有する。
また、ポインタpが表示装置o1においてアイコン上にある状態で、入力操作部14が2連続のプッシュ操作を受けると、入力装置1の判定部c1は、2連続で短時間のプッシュ状態になったと判定し、入力装置1の信号生成部c2に出力する。これにより、信号生成部c2は、当該アイコンを開かせる操作信号を生成し、当該操作信号を処理装置pに出力する。処理装置pは当該操作信号に基づいて指令信号を生成し、表示装置o1は当該指令信号に基づいてアイコンを開く。このように、入力装置1は、一般的なパーソナルコンピュータ用マウスやトラックパッドにおけるダブルクリックやダブルタップに対応する機能を有する。
次に、図15について説明する。入力操作部14に触れた状態の指fが入力操作部14上を短時間で素早く移動するタッチ操作(「スワイプ操作」や「フリック操作」とも言う。)を行うと、入力装置1の判定部c1は、タッチ状態の操作位置の移動方向を検出し、入力装置1の信号生成部c2に出力する。これにより、信号生成部c2は、操作位置の移動方向に基づいて画像を移動させる操作信号を生成し、当該操作信号を処理装置pに出力する。処理装置pは当該操作信号に基づいて指令信号を生成し、表示装置o1は当該指令信号に基づいて画像を移動させる。また、同様の動作で、入力装置1は、表示装置o1に表示された電子書籍のページをめくる動作を行わせることもできる。さらに、同様の動作で、入力装置1は、表示装置o1に表示された表示画面を別の画面に変更する動作も行わせることもできる。
次に、図16について説明する。入力操作部14に触れた状態の2本の指fが入力操作部14上で開くタッチ操作(「ピンチアウト操作」とも言う。)を行うと、入力装置1の判定部c1は、タッチ状態の操作位置が相互に離れるように移動していることを検出し、入力装置1の信号生成部c2に出力する。これにより、信号生成部c2は、画像を拡大させる操作信号を生成し、当該操作信号を処理装置pに出力する。処理装置pは当該操作信号に基づいて指令信号を生成し、表示装置o1は当該指令信号に基づいて画像を拡大させる。
同様に、入力操作部14に触れた状態の2本の指fが入力操作部14上で閉じるタッチ操作(「ピンチイン操作」とも言う。)を行うと、入力装置1の判定部c1は、タッチ状態の操作位置が相互に近接するように移動していることを検出し、入力装置1の信号生成部c2に出力する。これにより、信号生成部c2は、画像を縮小させる操作信号を生成し、当該操作信号を処理装置pに出力する。処理装置pは当該操作信号に基づいて指令信号を生成し、表示装置o1は当該指令信号に基づいて画像を縮小させる。
このように、本実施形態に係る入力装置1は、パーソナルコンピュータz1におけるキーボードの機能とポインティングデバイスの機能とを兼ねる。入力装置1は、キーボードとして使用するモードと、ポインティングデバイスとして用いるモードと、を切り替え可能な構成であってもよい。その場合、例えば、モード切り替えスイッチが、入力装置1や処理装置pに設けられていてもよい。
以上、パーソナルコンピュータz1における入力装置1による機能の一例を示したが、入力装置1は一般的な入力装置であるキーボード、マウス、トラックパッド、タッチパネル等が有するいずれの機能も実現できる。例えば、上記一般的な入力装置と同様の操作により、表示装置o1に表示された文書やブラウザをスクロールすることもできる。
(その他の電子機器)
本実施形態に係る入力装置1は、パーソナルコンピュータ用キーボード以外にも、例えば、携帯端末装置用テンキーや、撮像装置用シャッターや、携帯型ミュージックプレイヤ用操作装置や、リモートコントローラにも同様に適用可能である。
<第2の実施形態>
図17は本技術の第2の実施形態に係る入力装置2における1ユニットを示す部分断面図である。本実施形態に係る入力装置2のセンサ素子21以外の構成は、第1の実施形態と同様であり、適宜その説明を省略する。図17は第1の実施形態に係る図2に対応する図である。
[全体構成]
本実施形態に係る入力装置2は、第1の実施形態とは異なるセンサ素子21と、第1の実施形態と同様の入力操作部14と、を備える。センサ素子21は、互いに対向する上電極22及び下電極23を備え、入力操作部14とともに接触式センサ装置を構成する。入力操作部14は、ユーザの指fによる操作を受ける押圧部である。センサ素子21では、ユーザによる入力操作部14へのプッシュ操作に伴う押圧力により、上電極22と下電極23とが接触するとともに導通する。
入力装置2を用いた電子機器は、第1の実施形態と同様のコントローラc(図3参照)を含む。第1の実施形態と同様にコントローラcは判定部c1及び信号生成部c2を含む。判定部c1は、上電極22と下電極23とが導通しているか否かに基づいて、入力操作部14にプッシュ操作がなされたか否かを判定する。信号生成部c2は、判定部c1の判定に基づいて操作信号を生成する。
[入力装置]
センサ素子21は、互いに対向する上フィルム21a及び下フィルム21bを有する。上フィルム21aの上面に入力操作部14が接着されている。上フィルム21aの下面には上電極22が形成されている。下フィルム21bの上面における上電極22に対向する位置には下電極23が形成されている。上電極22及び下電極23は、入力操作部14の凹部14dのZ軸方向下方に配置されている。
またセンサ素子21は、上フィルム21aの下面と下フィルム21bの上面とを接続し、上フィルム21aと下フィルム21bとの間に空間を形成するとともに上電極22と下電極23とを離間させる支持部材21cを有する。支持部材21cは、入力操作部14の第1の突起部14bが形成された領域より外側の平坦部14aを支持している。
図17(B)は、入力操作部14がユーザの指fによるタッチ操作を受けているタッチ状態(第1の状態)を示している。タッチ状態では、指fは入力操作部14に対して非常に小さい力を及ぼしている。このとき、指fは第1の突起部14bに接触しているものの、凹部14d内に入り込んでいないため、第2の突起部14cには接触していない。したがって、タッチ状態では、第1の突起部14bは指fに対して圧力を加えているものの、第2の突起部14cは指fに対して圧力を加えていない。タッチ状態では、センサ素子21は図17(A)に示す状態から変化していない。
図17(C)は、入力操作部14が指fによるプッシュ操作を受けているプッシュ状態(第2の状態)を示している。図17(C)に示すプッシュ状態では、図17(B)に示すタッチ状態から、指fが入力操作部14にZ軸方向下方に押し付けられることより、指fが変形して凹部14dに入り込むとともに第2の突起部14cに接触する。
そのため、タッチ状態とプッシュ状態とでは、指fに入力操作部14から反作用として加わる圧力の分布が異なる。これにより、ユーザは、プッシュ状態とタッチ状態とで異なる感触(操作感)を受けるため、タッチ状態とプッシュ状態とを直感的に識別可能である。
また、プッシュ状態では、指fにより押圧された入力操作部14とともに上フィルム21aがZ軸方向下方に撓み、上電極22が下電極23に接触する。これにより、上電極22と下電極23とが導通し、コントローラcの判定部c1(図3参照)はプッシュ状態であることを判定する。
入力操作部14は、上電極22と下電極23とが接触するタイミングに合わせて、指fが第2の突起部14cに接触するように構成されている。
(入力操作部)
上述したように本実施形態では、第1の実施形態と同様の入力操作部14が用いられるが、第1の実施形態とは異なりプッシュ操作を受けると入力操作部14自体が弾性変形してZ軸方向下方に撓む。したがって、入力操作部14は、第1の実施形態と同様にアクリル樹脂や、シリコンゴムを含むシリコン樹脂などで形成されていてもよいが、これらの材料よりも軟質の材料で形成されていてもよい。
(センサ素子)
センサ素子21の上フィルム21aは、入力操作部14がプッシュ操作を受けると、入力操作部14とともに弾性変形してZ軸方向下方に撓む。したがって、上フィルム21aは、弾性及び絶縁性を有する材料で形成される。このような材料としては、例えば、PET(Polyethylene terephthalate)やポリエチレン、ポリプロピレンが挙げられる。さらに、上フィルム21aは、布や皮等のようなある程度の柔軟性を持ち薄く加工できる材料によって形成されていてもよい。また、下フィルム21bは、上フィルムと同様の材料で形成されていてもよいが、弾性変形可能な性質を要しないため、上フィルム21aよりも硬質の材料で形成されていてもよい。
[電子機器]
(パーソナルコンピュータ)
電子機器としてパーソナルコンピュータに本実施形態に係る入力装置2を適用した例について説明する。第1の実施形態と同様に入力操作部14には、一般的なパーソナルコンピュータ用キーボードと同様のキー配列の文字や図柄が描かれている(図11参照)。そして、各キーに対応する位置にそれぞれ入力装置2の各ユニットが配置されている。
指fが入力操作部14の各キーに対応するユニットに押圧力を加えるプッシュ操作を行うと、入力装置2のコントローラc(図3参照)の判定部c1は、当該ユニットがプッシュ状態になったと判定し、入力装置2の信号生成部c2に出力する。これにより、信号生成部c2は、プッシュ状態になった入力装置2のユニットにおけるキーの文字や図柄に対応した表示を行わせる操作信号を生成し、当該操作信号を処理装置pに出力する。処理装置pは当該操作信号に基づいて指令信号を生成し、出力装置oとしての表示装置は当該指令信号に基づいた画像を表示する。このように、入力装置2を一般的なパーソナルコンピュータ用キーボードと同様に使用することが可能である。
(その他の電子機器)
本実施形態に係る入力装置2は、パーソナルコンピュータ用キーボード以外にも、例えば、携帯端末装置用テンキーや、撮像装置用シャッターや、携帯型ミュージックプレイヤ用操作装置や、リモートコントローラにも同様に適用可能である。
[比較例]
(比較例1)
図18は本実施形態の比較例1に係る入力装置3の部分断面図である。本比較例に係る入力装置3は、本実施形態に係る入力装置2と同様の上下接点式のセンサ素子21と、パンタグラフ式の入力操作部34と、を有する。
入力操作部34はユーザの指fによりプッシュ操作を受けるキートップ34aと、キートップ34aの移動方向を規制するためのパンタグラフ34と、を有する。パンタグラフ34は、その中心がXY平面の面内方向において位置決めされており、キートップ34aのX軸方向及びY軸方向の移動を規制している。これにより、キートップ34aは、XY平面に平行な状態を保ちつつ、Z軸方向へのスライド移動が可能となる。
また、入力装置3は、センサ素子21の上フィルム21a上における上電極22の裏側に配置され、キートップ34aの中央部分をセンサ素子21上に保持するラバードーム34cを有する。ラバードーム34cは、センサ素子21側に開口したゴム製の椀形の構造体であり、その中央部からセンサ素子21側に突出する押圧部34dを有する。
図18(A)に示すキートップ34aに力が加わっていない状態では、ラバードーム34cが変形しておらず、押圧部34dがセンサ素子21の上フィルム21aから離間している。
図18(A)に示す状態から、キートップ34aが押圧され、キートップ23aが押圧部34dとともにZ軸方向下方に変位すると、図18(B)に示すようにラバードーム34cが弾性変形するとともに押圧部34dがセンサ素子21の上フィルム21aに当接する。
図18(B)に示す状態から、キートップ34aがさらに押圧され、キートップ23aが押圧部34dとともにZ軸方向下方に変位すると、図18(C)に示すように押圧部34dがセンサ素子21の上フィルム21aをZ軸方向下方に撓ませ、上フィルム21aの上電極22が下フィルム21bの下電極23に当接する。これにより、上電極22と下電極23とが導通する。
図19は、指fにより押圧されたキートップ34aのZ軸方向下方への変位dと、キートップ34aから指fに加わる反力Fと、の関係を示すグラフである。
図18(A)に示す変位d及び反力Fがゼロの状態から、図18(B)に示す変位d1の状態となるまで、ラバードーム34cの弾性回復力により反力Fは単調増加する。そして、図18(B)に示す変位d1の状態からキートップ34aが押し下げられると、ラバードーム34cの弾性回復力と、下方に撓ませられた上フィルム21aの弾性回復力と、が反力Fとして指fに加わるようになる。
図18(B)に示す状態から図18(C)に示す状態になるまでの過程において、上フィルム21aの弾性回復力は変位dが大きくなるにつれて単調増加するのに対し、ラバードーム34cは、変位d2において弾性回復力が極大となるように構成されている。そのため、変位d2を超えると、反力Fが一時的に減少する。そして、反力Fは、変位d3を超えると再び単調増加するようになる。
このように、入力装置3では、キートップ34aが指fによってプッシュ操作される際に、指fへの反力Fの一時的な減少が生じる。この反力Fの減少が、指fに加わる反力Fの単調な変化とは異なる感触(クリック感)としてユーザに認識される。ユーザはこの感触によってプッシュ操作が的確に行われたか否かを判別することができる。
以上のように、比較例1に係る入力装置3でも、ユーザがプッシュ状態を認識可能である。
しかしながら、比較例1に係る入力装置3は、入力操作部34にパンタグラフ34bなどの機械的構成を含む。一方、本実施形態に係る入力装置2は、入力操作部14に機械的構成を含まない。したがって、本実施形態に係る入力装置2では、比較例1に係る入力装置3より、部品点数が少なく、簡単な構成であるため、製造コストを低下させることができるとともに製造工程を短縮することができる。
また、比較例1に係る入力装置3は、プッシュ操作を受ける際に繰り返し変形と回復とを繰り返すラバードーム34cを含む。一般的なラバードーム34cは、プッシュ操作が繰り返されるにつれて劣化する消耗品である。一方、本実施形態に係る入力装置2は、比較例1に係るラバードーム34cに対応する構成を含まない。したがって、本実施形態に係る入力装置2は比較例1に係る入力装置3よりも耐久性に優れる。
(比較例2)
図20は本実施形態の比較例2に係る入力装置4の部分断面図である。本比較例に係る入力装置4は、本実施形態に係る入力装置2と同様の上下接点式のセンサ素子21と、メタルドーム式の入力操作部44と、を有する。
入力操作部44は、センサ素子21の上フィルム21aにおける上電極22とは反対側に配置されたメタルドーム44bと、当該メタルドーム44bの上からセンサ素子21の上フィルム21aを覆うカバー部材44cと、を有する。メタルドーム44bは、センサ素子21側に開口した金属製の椀形の構造体である。カバー部材44は、センサ素子21の上フィルム21aに密着しており、メタルドーム44b上の部分に当該メタルドーム44bに対して隙間をあけて隆起する押圧部44cを有する。
図20(A)に示す押圧部44cに力が加わっていない状態では、押圧部44cがメタルドーム44bから離間している。
押圧部44cは、図20(A)に示す状態から押圧され、弾性変形するとともにZ軸方向下方に変位すると、図20(B)に示すようにメタルドーム44bに当接する。
押圧部44cは、図20(B)に示す状態からさらに押圧され、Z軸方向下方に変位すると、図20(C)に示すようにメタルドーム44cを介してセンサ素子21の上フィルム21aを押圧してZ軸方向下方に撓ませる。これにより、上フィルム21aの上電極22が下フィルム21bの下電極23に当接するとともに導通する。
図20(B)に示す状態から図20(C)に示す状態になるまでの過程において、メタルドーム44bはその曲率が小さくなるように弾性変形する。メタルドーム44bは、比較例1に係るラバードーム34cと同様に、図20(B)に示す状態から図20(C)に示す状態になるまでの過程において弾性回復力が極大となる変位を有するように構成されている。そのため、当該変位を超えると、指fに加わる反力が一時的に減少する。その後、指fに加わる反力は、再び単調増加するようになる。
このように、入力装置4では、押圧部44cが指fによってプッシュ操作される際に、指fへの反力の一時的な減少が生じる。この反力の減少が、指fに加わる反力の単調な変化とは異なる感触(クリック感)としてユーザに認識される。ユーザはこの感触によってプッシュ操作が的確に行われたか否かを判別することができる。
以上のように、比較例2に係る入力装置4でも、ユーザがプッシュ状態を認識可能である。
比較例2に係る入力装置4は、プッシュ操作を受ける際に繰り返し変形と回復とを繰り返すメタルドーム44bを含む。一般的なメタルドーム44bは、プッシュ操作が繰り返されるにつれて劣化する消耗品である。一方、本実施形態に係る入力装置2では、プッシュ操作を受けた入力操作部14は、図17(c)に示すように僅かに変形するものの、メタルドーム44bに比べるとその変形量は格段に小さい。したがって、本実施形態に係る入力装置2は比較例2に係る入力装置4よりも耐久性に優れる。
(その他の比較例)
本実施形態に関連する技術として、振動発生素子を有し、プッシュ操作が行われると当該振動発生素子がバイブレーションを発生するように構成された入力装置が知られている。このような入力装置では、振動素子がバイブレーションの感触をユーザに付与することによって、ユーザがプッシュ操作を行ったことを認識できる。
しかしながら、このような入力装置は、振動素子や、当該振動素子を駆動するための機構を新たに備える必要がある。そのため、入力装置の部品点数が増える。一方、本実施形態に係る入力装置2では、部品点数が少なく、簡単な構成であるため、製造コストを低下することができるとともに製造工程を短縮することができる。
<第3の実施形態>
図21は本技術の第3の実施形態に係る入力装置5における1ユニットを示す部分断面図である。本実施形態に係る入力装置5の入力操作部54以外の構成は、第1の実施形態と同様であり、適宜その説明を省略する。図21は第1の実施形態に係る図2に対応する図である。
[全体構成]
本実施形態に係る入力装置5は、第1の実施形態と同様の容量素子11と、第1の実施形態とは異なる入力操作部54と、を備える。容量素子11及び入力操作部54は相互キャパシタンス方式の静電容量型のセンサ装置を構成する。入力操作部54は、ユーザの指fによる操作を受ける押圧部である。容量素子11は、ユーザによる入力操作部54への操作に伴う指fの近接により、静電容量が変化する。
入力装置5を用いた電子機器は、第1の実施形態と同様のコントローラc(図3参照)を含む。第1の実施形態と同様にコントローラcは判定部c1及び信号生成部c2を含む。判定部c1は、基準となる静電容量からの容量素子11の静電容量の変化量に基づいて、入力操作部54にどのような操作がなされたかを判定する。信号生成部c2は、判定部c1の判定に基づいて操作信号を生成する。
[入力装置]
入力操作部54は、互いに対向する上シート54f及び下シート54aを有する。また入力操作部54は、上シート54fの下面と下シート54aの上面との間に配置され、上シート54fと下シート54aとの間に空間54cを形成する支持部材54eを有する。下シート54aには、上シート54f側(Z軸方向上側)に突出する突起部54bが形成されている。支持部材54eは、下シート54aにおける突起部54bが形成された領域より外側に配置されている。突起部54bは、空間54cにおいて上シート54fから離間している。
入力操作部54の上シート54fは、弾性及び絶縁性を有する材料で形成される。そのような材料としては、例えば、PET(Polyethylene terephthalate)やポリエチレン、ポリプロピレンが挙げられる。さらに、上シート54fは、布や皮等のようなある程度の柔軟性を持ち薄く加工できる材料によって形成されていてもよい。
一方、入力操作部54の下シート54fは、容易に変形しない絶縁体材料で形成される。そのような材料としては、例えば、ポリエチレンテフタレートやシリコンやポリエチレンやポリプロピレンやアクリルやポリカーボネートやゴム材料が挙げられる。下シート54fの形成には、例えば、上記材料で形成されたフィルムや成型体や繊維布が用いられる。
図21(B)は、入力操作部54がユーザの指fによるタッチ操作を受けているタッチ状態(第1の状態)を示している。タッチ状態では、指fは入力操作部54に対して非常に小さい力を及ぼしている。このとき、指fが第1の上シート54fに接触しているものの、上シート54fがほぼ変形していない。したがって、タッチ状態では、上シート54fによって指fの接触面全域において略均一な圧力が加わる。
図21(B)に示すタッチ状態の容量素子11の静電容量は、導電体である指fの影響により、図21(A)に示す指fの影響がない状態の容量素子11の静電容量よりも低くなる。
図21(C)は、入力操作部54が指fによるプッシュ操作を受けているプッシュ状態(第2の状態)を示している。図21(C)に示すプッシュ状態では、図21(B)に示すタッチ状態から、入力操作部54の上シート54fが押圧されることにより、上シート54fにおける押圧を受ける部分が空間54eに入り込むとともに、上シート54fが下シート54aの突起部54bに接触する。このとき、上シート54fは下シート54aの突起部54bの形状に合わせて変形する。したがって、指fに押圧された上シート54fは、隣接する突起部54bの間隙54dに入り込む。
このように、プッシュ状態ではタッチ状態よりも、指fが容量素子11に近接する。そのため、図21(C)に示すプッシュ状態の容量素子11の静電容量は、図21(B)に示すタッチ状態の容量素子11の静電容量よりもさらに低くなる。
本実施形態では、プッシュ状態において、突起部54dが上シート54fを介して指fに刺激を加える。すなわち、タッチ状態では上シート54fによって指fの接触面全域において略均一な圧力が加わるのに対し、プッシュ状態では上シート54fによって指fの接触面に対して不均一な圧力が加わる。具体的には、プッシュ状態では、上シート54fにおける突起部54bと接触している部分では指fに加わる圧力が相対的に高く、上シート54fにおける突起部54bと接触していない部分(間隙54dに入り込んだ部分)では指fに加わる圧力が相対的に低い。
そのため、本実施形態では、タッチ状態とプッシュ状態とで、指fに上シート54fから反作用として加わる圧力の分布が異なる。これにより、ユーザは、プッシュ状態とタッチ状態とで異なる感触(操作感)を受けるため、タッチ状態とプッシュ状態とを直感的に識別可能である。
また、コントローラcの判定部c1(図3参照)は、ユーザが入力操作部54の感触によってタッチ状態とプッシュ状態とを識別するタイミングに合わせて、タッチ状態とプッシュ状態とを判別可能なように構成されている。
本実施形態に係る入力装置5はコントローラcの判定部c1(図3参照)によってタッチ状態とプッシュ状態とを判定可能であるため、第1の実施形態に係る入力装置1と同様の機能が達成される。したがって、入力装置5は、第1の実施形態に係る入力装置1と同様に、パーソナルコンピュータや、携帯端末装置や、撮像装置や、携帯型ミュージックプレイヤや、リモートコントローラなどの電子機器に適用可能である。
なお、本実施形態では、突起部54bが下シート54aに形成されているが、突起部はこれと異なる構成を採ることもできる。例えば、突起部は、容量素子11の上シート54fに対向する位置に直接形成されていてもよい。
<第4の実施形態>
図22は本技術の第4の実施形態に係る入力装置6における1ユニットを示す部分断面図である。本実施形態に係る入力装置6における入力操作部64の上シート64f以外の構成は、第3の実施形態と同様であり、適宜その説明を省略する。図22は第3の実施形態に係る図21に対応する図である。
本実施形態に係る上シート64fには、下シート54aの各突起部54bに対向する位置にそれぞれ開口部64gが形成されている。
図22(B)は、入力操作部64がユーザの指fによるタッチ操作を受けているタッチ状態(第1の状態)を示している。タッチ状態では、指fは入力操作部64に対して非常に小さい力を及ぼしている。指fが第1の上シート54fに接触しているものの、上シート54fがほぼ変形していない。したがって、タッチ状態では、上シート54fによって指fの接触面全域において略均一な圧力が加わる。
図22(B)に示すタッチ状態の容量素子11の静電容量は、導電体である指fの影響により、図22(A)に示す指fの影響がない状態の容量素子11の静電容量よりも低くなる。
図22(C)は、入力操作部64が指fによるプッシュ操作を受けているプッシュ状態(第2の状態)を示している。図22(C)に示すプッシュ状態では、図22(B)に示すタッチ状態から、入力操作部64の上シート64fが押圧されることにより、上シート64fにおける押圧を受けた部分が空間54eに入り込む。これとともに、下シート54aの各突起部54bが対向する上シート64fの各開口部64gを挿通し、各突起部54bが各間隙54gに入り込む。
このように、プッシュ状態ではタッチ状態よりも、指fが容量素子11に近接する。そのため、図22(C)に示すプッシュ状態の容量素子11の静電容量は、図22(B)に示すタッチ状態の容量素子11の静電容量よりもさらに低くなる。
本実施形態では、プッシュ状態において、上シート64fの開口部64gを挿通した突起部54dが直接的に指fに刺激を加える。すなわち、タッチ状態では上シート64fによって指fの接触面全域において略均一な圧力が加わるのに対し、プッシュ状態では上シート64fによって指fの接触面に対して不均一な圧力が加わる。具体的には、プッシュ状態では、上シート64fにおける開口部64gを突起部54bが挿通した部分では指fに加わる圧力が相対的に高く、上シート64fにおける開口部64gが形成されていない部分(間隙54dに入り込んだ部分)では指fに加わる圧力が相対的に低い。
そのため、本実施形態では、タッチ状態とプッシュ状態とで、入力操作部64から指fに加わる圧力の分布が異なる。これにより、ユーザは、プッシュ状態とタッチ状態とで異なる感触(操作感)を受けるため、タッチ状態とプッシュ状態とを直感的に識別可能である。
また、コントローラcの判定部c1(図3参照)は、ユーザが入力操作部64の感触によってタッチ状態とプッシュ状態とを識別するタイミングに合わせて、タッチ状態とプッシュ状態とを判別可能なように構成されている。
<第5の実施形態>
図23は本技術の第5の実施形態に係る入力装置7における1ユニットを示す部分断面図である。本実施形態に係る入力装置7の入力操作部74以外の構成は、第1の実施形態と同様であり、適宜その説明を省略する。図23は第1の実施形態に係る図2に対応する図である。
[全体構成]
本実施形態に係る入力装置7は、第1の実施形態と同様の容量素子11と、第1の実施形態とは異なる入力操作部74と、を備える。容量素子11及び入力操作部74は相互キャパシタンス方式の静電容量型のセンサ装置を構成する。入力操作部74は、ユーザの指fによる操作を受ける押圧部である。容量素子11は、ユーザによる入力操作部74への操作に伴う指fの近接により、静電容量が変化する。
入力装置7を用いた電子機器は、第1の実施形態と同様のコントローラc(図3参照)を含む。第1の実施形態と同様にコントローラcは判定部c1及び信号生成部c2を含む。判定部c1は、基準となる静電容量からの容量素子11の静電容量の変化量に基づいて、入力操作部74にどのような操作がなされたかを判定する。信号生成部c2は、判定部c1の判定に基づいて操作信号を生成する。
[入力装置]
入力操作部74は、容量素子11に対向するシート74aと、シート74aと容量素子11との間に空間74dを形成するように配置された支持部材74eと、を有する。シート74aの中央部には容量素子11とは反対側(Z軸方向上側)に延びた複数の突起部74bが配列されている。すなわち、互いに隣接する突起部74b間には間隙74cが形成されている。支持部材74eは、シート74aにおける突起部74bが形成された領域より外側に配置されている。
入力操作部74のシート74aは、弾性及び絶縁性を有する材料で形成される。そのような材料としては、例えば、ポリエチレンテフタレートやシリコンやポリエチレンやポリプロピレンやアクリルやポリカーボネートやゴム材料が挙げられる。シート74aの形成には、例えば、上記材料で形成されたフィルムや成型体や繊維布が用いられる。
支持部材74eは、シート74aに対する指fによる操作によって容易に変形しない硬質の樹脂材料やセラミック材料などで形成される。
図23(B)は、入力操作部74がユーザの指fによるタッチ操作を受けているタッチ状態(第1の状態)を示している。タッチ状態では、指fは入力操作部74に対して非常に小さい力を及ぼしている。このとき、シート74aの突起部74bに接触する指fは、突起部74bに押し返される第1の圧力を受ける。
図23(B)に示すタッチ状態の容量素子11の静電容量は、導電体である指fの影響により、図23(A)に示す指fの影響がない状態の容量素子11の静電容量よりも低くなる。
図23(C)は、入力操作部74が指fによるプッシュ操作を受けているプッシュ状態(第2の状態)を示している。図23(C)に示すプッシュ状態では、図23(B)に示すタッチ状態から、入力操作部74押圧されることより、シート74aが容量素子11側(Z軸方向下側)に撓むとともに、シート74aの指fに押圧された部分が空間74d内に入り込む。
このように、プッシュ状態ではタッチ状態よりも、指fが容量素子11に近接する。そのため、図23(C)に示すプッシュ状態の容量素子11の静電容量は、図23(B)に示すタッチ状態の容量素子11の静電容量よりもさらに低くなる。
本実施形態では、プッシュ状態において、シート74aがZ軸方向下方に撓むことに伴うシート74aの曲率の変化によって、互い隣接する突起部74bの先端が近接する。すなわち、シート74aがZ軸方向下方に撓むにつれて、間隙74cの上部の幅は狭くなる。
そのため、図23(B)に示す状態から図23(C)に示す状態になる際、シート74aを押圧する指fは、突起部74bに押し返される第1の圧力のみならず、互いに隣接する突起部74bの先端部によって挟み込まれる第2の圧力も受ける。
したがって、本実施形態では、タッチ状態とプッシュ状態とで、指fに上シート54fから反作用として加わる圧力の分布が異なる。これにより、ユーザは、プッシュ状態とタッチ状態とで異なる感触(操作感)を受けるため、タッチ状態とプッシュ状態とを直感的に識別可能である。
また、コントローラcの判定部c1(図3参照)は、ユーザが入力操作部74の感触によってタッチ状態とプッシュ状態とを識別するタイミングに合わせて、タッチ状態とプッシュ状態とを判別可能なように構成されている。
本実施形態に係る入力装置7はコントローラcの判定部c1(図3参照)によってタッチ状態とプッシュ状態とを判定可能であるため、第1の実施形態に係る入力装置1と同様の機能が達成される。入力装置7は、第1の実施形態に係る入力装置1と同様に、パーソナルコンピュータや、携帯端末装置や、撮像装置や、携帯型ミュージックプレイヤや、リモートコントローラなどの電子機器に適用可能である。
<第6の実施形態>
図24は本技術の第6の実施形態に係る入力装置8における1ユニットを示す部分断面図である。本実施形態に係る入力装置8における入力操作部84の下シート84f以外の構成は、第5の実施形態と同様であり、適宜その説明を省略する。図24は第5の実施形態に係る図23に対応する図である。
本実施形態に係る入力操作部84は、容量素子11と支持部材74eとの間に下シート84aを有する。下シート84aは容量素子11に接着されており、下シート84aの中央領域には第2の突起部84bが形成されている。
第2の突起部84bは、シート74a側(Z軸方向上側)を向いており、空間74d内においてシート74aから離間している。また、第2の突起部84bは、シート74aの間隙74cに対向する位置に形成されている。第2の突起部84bは互いに等間隔で形成されている。下シート84aにおける第2の突起部84bが形成される領域は、シート74aにおける突起部74bが形成される領域より狭い。
下シート84aは、容易に変形しない絶縁体材料で形成される。そのような材料としては、例えば、ポリエチレンテフタレートやシリコンやポリエチレンやポリプロピレンやアクリルやポリカーボネートやゴム材料が挙げられる。下シート54fの形成には、例えば、上記材料で形成されたフィルムや成型体や繊維布が用いられる。
図24(B)は、入力操作部84がユーザの指fによるタッチ操作を受けているタッチ状態(第1の状態)を示している。タッチ状態では、指fは入力操作部84に対して非常に小さい力を及ぼしている。このとき、シート84aの突起部84bに接触する指fは、突起部84bに押し返される第1の圧力を受ける。
図24(B)に示すタッチ状態の容量素子11の静電容量は、導電体である指fの影響により、図24(A)に示す指fの影響がない状態の容量素子11の静電容量よりも低くなる。
図24(C)は、入力操作部84が指fによるプッシュ操作を受けているプッシュ状態(第2の状態)を示している。図24(C)に示すプッシュ状態では、シート74aが容量素子11側(Z軸方向下側)に撓むとともに、シート74aの指fに押圧された部分が空間74d内に入り込んでいる。
このように、プッシュ状態ではタッチ状態よりも、指fが容量素子11に近接する。そのため、図24(C)に示すプッシュ状態の容量素子11の静電容量は、図24(B)に示すタッチ状態の容量素子11の静電容量よりもさらに低くなる。
本実施形態では、プッシュ状態においてシート74aにおける間隙74cの部分が第2の突起部84bに突き上げられて変形している。
本実施形態でも、第5の実施形態と同様に、シート74aを押圧する指fは、突起部74bに押し返される第1の圧力と、互いに隣接する突起部74bの先端部によって挟み込まれる第2の圧力と、を受ける。しかし、本実施形態では、シート74aが第2の突起部84bに突き上げられているため、第1の圧力も第2の圧力も第5の実施形態とは異なる。
一般的に、ユーザは視覚的に突起部74bが形成されたシート74aを押圧したときの感触を予測可能な場合がある。しかし、本実施形態に係る入力装置8では、その外観から視認できない第2の突起部84bの作用により、シート74aを押圧する指fに対してユーザの予測とは異なる感触を付与することが可能である。
なお、第2の突起部84bの配置は、シート74aを押圧したユーザに、予想とは異なる感触を付与するものであればよい。各第2の突起部84bは、例えば、下シート84aにおける突起部74bに対向する位置にそれぞれ形成されていてもよく、下シート84aにおけるシート74aの突起部74bが形成された領域に対向する領域にランダムに形成されていてもよい。
したがって、本実施形態では、タッチ状態とプッシュ状態とで、指fに上シート54fから反作用として加わる圧力の分布が異なる。これにより、ユーザは、プッシュ状態とタッチ状態とで異なる感触(操作感)を受けるため、タッチ状態とプッシュ状態とを直感的に識別可能である。
また、コントローラcの判定部c1(図3参照)は、ユーザが入力操作部84の感触によってタッチ状態とプッシュ状態とを識別するタイミングに合わせて、タッチ状態とプッシュ状態とを判別可能なように構成されている。
なお、本実施形態では、第2の突起部84bが下シート84aに形成されているが、突起部はこれと異なる構成を採ることもできる。例えば、突起部は、容量素子11のシート74aに対向する位置に直接形成されていてもよい。
以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、入力装置を厚さ方向に透明な構成とし、入力操作部とは反対側の面に出力装置としての表示装置を配置することで、タッチパネルディスプレイを構成することもできる。これにより、指によって表示装置上を操作できるようになるため、より直感的な操作が可能となり、操作性が格段に向上する。
また、上記実施形態では入力装置を平板上としたが、入力装置の形状はこれに限らない。例えば、入力装置は、入力操作部を曲面に形成する構成や、入力装置自体が厚さ方向に自由に変形可能である構成でもよい。
さらに、上記実施形態ではセンサ素子として静電容量センサや接触式センサを例に挙げて説明したが、上記以外にも、例えば、磁気センサ等の他のセンサ素子が採用されてもよい。
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
(1)押圧部と、複数の突起部と、を有し、上記押圧部は操作子による操作を受ける第1の面と当該第1の面とは反対の第2の面とを含み、上記複数の突起部は、上記第1の面が操作子により第1の押圧力を受ける第1の状態と、上記第1の面が操作子により上記第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力を受ける第2の状態とで、操作子に対して反作用として加わる圧力の分布が異なるように構成されている入力操作部と、
上記第2の面に対向配置され、上記第1の状態と上記第2の状態とで異なる信号を出力するセンサ素子と、
を具備するセンサ装置。
(2)上記(1)に記載のセンサ装置であって、
上記センサ素子は、操作子の近接により静電容量が変化する容量素子である
センサ装置。
(3)上記(1)に記載のセンサ装置であって、
上記センサ素子は、上記第2の押圧力を受けることで相互に接触可能な1対の電極を有する接触式センサ素子である
センサ装置。
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
上記複数の突起部は、上記第1の面に形成され、第1の突起部と、当該第1の突起部よりも低い第2の突起部と、により構成されている
センサ装置。
(5)上記(1)から(3)のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
上記押圧部は弾性変形可能であり、
上記入力操作部は、上記第2の面と上記センサ素子との間に配置された支持部と、上記第2の面に上記支持部を挟んで対向する第3の面と、を有し、
上記複数の突起部は、上記第3の面に形成されている
センサ装置。
(6)上記(5)に記載のセンサ装置であって、
上記押圧部における上記複数の突起部に対向する位置にそれぞれ開口部が形成されている
センサ装置。
(7)上記(1)から(3)のいずれか1つに記載のセンサ装置であって、
上記押圧部は弾性変形可能であり、
上記複数の突起部は上記第1の面に形成されている
センサ装置。
(8)上記(7)に記載のセンサ装置であって、
上記入力操作部は、上記第2の面と上記センサ素子との間に配置された支持部と、上記第2の面に上記支持部を挟んで対向する第3の面と、を有し、
上記複数の突起部は、上記第1の面に形成された第1の突起部と、上記第3の面に形成された第2の突起部と、により構成されている
センサ装置。
(9)押圧部と、複数の突起部と、を有し、上記押圧部は操作子による操作を受ける第1の面と当該第1の面とは反対の第2の面とを含み、上記複数の突起部は、上記第1の面が操作子により第1の押圧力を受ける第1の状態と、上記第1の面が操作子により上記第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力を受ける第2の状態とで、操作子に対して反作用として加わる圧力の分布が異なるように構成されている入力操作部と、
上記第2の面に対向配置され、上記第1の状態と上記第2の状態とで異なる入力信号を出力するセンサ素子と、
上記入力信号に基づいて上記第1の状態から上記第2の状態への変化を判定する判定部を有するコントローラと、
を具備する入力装置。
(10)上記(9)に記載の入力装置であって、
上記コントローラは、上記判定部が上記変化を判定したときに操作信号を生成する信号生成部をさらに有する
入力装置。
(11)押圧部と、複数の突起部と、を有し、上記押圧部は操作子による操作を受ける第1の面と当該第1の面とは反対の第2の面とを含み、上記複数の突起部は、上記第1の面が操作子により第1の押圧力を受ける第1の状態と、上記第1の面が操作子により上記第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力を受ける第2の状態とで、操作子に対して反作用として加わる圧力の分布が異なるように構成されている入力操作部と、
上記第2の面に対向配置され、上記第1の状態と上記第2の状態とで異なる入力信号を出力するセンサ素子と、
上記入力信号に基づいて上記第1の状態から上記第2の状態への変化を判定する判定部と、当該判定部が上記変化を判定したときに操作信号を生成する信号生成部と、を有するコントローラと、
上記操作信号に基づいて指令信号を生成する処理装置と、
上記指令信号に基づいた出力を行う出力装置と、
を具備する電子機器。
(12)上記(11)に記載の電子機器であって、
上記出力装置は表示装置であり、当該表示装置は上記指令信号に基づいた画像を表示する
電子機器。
1…入力装置
11…容量素子
12…X電極
13…Y電極
14…入力操作部
14a…平坦部
14b…第1の突起部
14c…第2の突起部
14d…凹部

Claims (7)

  1. 操作子による操作を受ける第1の面と当該第1の面とは反対の第2の面とを含む押圧部と、前記第1の面に所定の間隔Wを開けて形成された一対の第1の突起部と、前記第1の面において前記一対の第1の突起部の間に、前記一対の第1の突起部よりも低くなるように、かつ、前記一対の第1の突起部の高さと第2の突起部の高さとの差Hsが、Hs>0.1×Wの関係を満たすように形成された第2の突起部と、を有し、前記第1の面が操作子により第1の押圧力を受ける第1の状態では、操作子が前記一対の第1の突起部に接触しかつ第2の突起部に接触せず、前記第1の面が操作子により前記第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力を受ける第2の状態では、操作子が前記一対の第1の突起部及び第2の突起部のいずれにも接触する入力操作部と、
    前記第2の面に対向配置され、前記第1の状態と前記第2の状態とで異なる信号を出力するセンサ素子と、
    を具備するセンサ装置。
  2. 請求項に記載のセンサ装置であって、
    前記センサ素子は、操作子の近接により静電容量が変化する容量素子である
    センサ装置。
  3. 請求項に記載のセンサ装置であって、
    前記センサ素子は、前記第2の押圧力を受けることで相互に接触可能な1対の電極を有する接触式センサ素子である
    センサ装置。
  4. 操作子による操作を受ける第1の面と当該第1の面とは反対の第2の面とを含む押圧部と、前記第1の面に所定の間隔Wを開けて形成された一対の第1の突起部と、前記第1の面において前記一対の第1の突起部の間に、前記一対の第1の突起部よりも低くなるように、かつ、前記一対の第1の突起部の高さと第2の突起部の高さとの差Hsが、Hs>0.1×Wの関係を満たすように形成された第2の突起部と、を有し、前記第1の面が操作子により第1の押圧力を受ける第1の状態では、操作子が前記一対の第1の突起部に接触しかつ第2の突起部に接触せず、前記第1の面が操作子により前記第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力を受ける第2の状態では、操作子が前記一対の第1の突起部及び第2の突起部のいずれにも接触する入力操作部と、
    前記第2の面に対向配置され、前記第1の状態と前記第2の状態とで異なる入力信号を出力するセンサ素子と、
    前記入力信号に基づいて前記第1の状態から前記第2の状態への変化を判定する判定部を有するコントローラと、
    を具備する入力装置。
  5. 請求項に記載の入力装置であって、
    前記コントローラは、前記判定部が前記変化を判定したときに操作信号を生成する信号生成部をさらに有する
    入力装置。
  6. 操作子による操作を受ける第1の面と当該第1の面とは反対の第2の面とを含む押圧部と、前記第1の面に所定の間隔Wを開けて形成された一対の第1の突起部と、前記第1の面において前記一対の第1の突起部の間に、前記一対の第1の突起部よりも低くなるように、かつ、前記一対の第1の突起部の高さと第2の突起部の高さとの差Hsが、Hs>0.1×Wの関係を満たすように形成された第2の突起部と、を有し、前記第1の面が操作子により第1の押圧力を受ける第1の状態では、操作子が前記一対の第1の突起部に接触しかつ第2の突起部に接触せず、前記第1の面が操作子により前記第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力を受ける第2の状態では、操作子が前記一対の第1の突起部及び第2の突起部のいずれにも接触する入力操作部と、
    前記第2の面に対向配置され、前記第1の状態と前記第2の状態とで異なる入力信号を出力するセンサ素子と、
    前記入力信号に基づいて前記第1の状態から前記第2の状態への変化を判定する判定部と、当該判定部が前記変化を判定したときに操作信号を生成する信号生成部と、を有するコントローラと、
    前記操作信号に基づいて指令信号を生成する処理装置と、
    前記指令信号に基づいた出力を行う出力装置と、
    を具備する電子機器。
  7. 請求項に記載の電子機器であって、
    前記出力装置は表示装置であり、当該表示装置は前記指令信号に基づいた画像を表示する
    電子機器。
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