JP6667077B2 - 入力装置と、これを用いた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、各種の電子機器に搭載される入力装置と、これを用いた電子機器に関する。

以下、従来の入力装置について説明する。従来の入力装置は、操作部と、センサ電極とを含んでいる。操作部は、第１面と、第２面を有し、導体を含んでいる。なお、第２面は、第１面の反対に形成されている。導体は、第２面に形成されている。そして、導体が，センサ導体に対向する向きで操作部を配置している。さらに、操作部は、導体と電気的に接続された接触面を含んでいる。接触面は、たとえば操作部において、人によって操作される箇所に配置すれば良い。そこで、操作面は、少なくとも第１面に形成されている。そして従来の入力装置において、操作面に指を接触させることにより、人体がグランドとして作用する。すなわち、センサ電極と導体との間の静電容量値が変化する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１２−８４００２号公報

入力装置は、タッチパネルと、ケースと、操作部とを含んでいる。タッチパネルは、基体と、センサ電極領域と、スイッチ電極領域とを含んでいる。スイッチ電極領域は、基体においてセンサ電極領域を除いた領域に設けられている。スイッチ電極領域は、スイッチ電極と、グランド電極とを含んでいる。グランド電極は、スイッチ電極と並んで配置されている。ケースは、内面と外面を含んでいる。そして、ケースは、スイッチ電極領域を覆うようにして、タッチパネルに結合されている。

操作部は、押しボタンと、弾性体と、導体と、対向面を含んでいる。押しボタンは、操作面と、接触面とを含んでいる。接触面は、弾性体によってケースの内面に押し付けられている。導体は、対向面に形成されている。なお、対向面は、操作部において操作面の反対に設けられている。そして、導体は、スイッチ電極領域と対向している。さらに、導体は、スイッチ電極ならびにグランド電極から離れて配置されている。そして、導体とスイッチ電極との間の距離に応じて、導体とスイッチ電極ならびに導体とグランド電極との間の静電容量値が変化する。

以上のように本発明によれば、導体が、スイッチ電極およびグランド電極と対向して配置され、導体とスイッチ電極との間の距離に応じて、導体とスイッチ電極ならびに導体とグランド電極との間の静電容量値が変化する。すなわち、人体がグランドとして作用する必要性がない。したがって、たとえば手袋をはめた状態や、絶縁物で操作面を操作したような場合の静電容量値の変化と、素手で操作面を操作した場合の静電容量値の変化との間の差を小さくできる。その結果、たとえば手袋をはめた状態や、絶縁物で操作面を操作したような場合でも、素手で操作部を操作した場合と同じく操作者による操作面の操作を検出できる。

図１Ａは、本発明の実施の形態における入力装置を表からみた場合の分解斜視図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態における入力装置を裏から見た場合の分解斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態において、非操作状態での入力装置の要部断面図である。 図３は、本発明の実施の形態において、電子機器の入力装置の要部断面図である。 図４は、本発明の実施の形態における操作面に表示画像を表示した状態の操作部の正面図である。 図５は、本発明の実施の形態における操作状態での入力装置１０１の要部断面図である。 図６は、本発明の実施の形態における入力装置のスイッチ電極領域の概念図である。 図７は、本発明の実施の形態における電子機器の正面図である。 図８は、本発明の実施の形態における電子機器の分解斜視図である。

以下本実施の形態における入力装置と、これを用いた電子機器について説明する。

本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の装置における問題点を簡単に説明する。

従来の入力装置の操作部をたとえば手袋をはめた状態や、絶縁物で操作したような場合に、センサ電極と導体との間の静電容量値の変化が極めて小さくなる。その結果、従来の入力装置は、このような場合に操作部の操作を検知できない可能性がある。

本発明は、操作部をたとえば手袋をはめた状態や、絶縁物で操作したような場合でも、操作部の操作を検出できる入力装置を提供する。

（実施の形態１）
本実施の形態の入力装置１０１の説明に先立ち、電子機器１０２の概要について図面を参照しながら説明する。図７は、電子機器１０２の正面図である。図８は、電子機器１０２の分解斜視図である。電子機器１０２は、入力装置１０１と、表示部１０３とを含んでいる。入力装置１０１は、タッチパネル２１を含んでいる。タッチパネル２１は、操作面２１Ａと、後述する図３に示す受光面２１Ｂを含んでいる。タッチパネル２１は、フラット面のタッチセンサとして機能するセンサ電極領域２１Ｃと、凸状の押しボタン２４の押し下し動作により操作を検出するスイッチ電極領域２１Ｄとを、備えている。この内、センサ電極領域２１Ｃのセンサとしては、静電式であることが好ましい。この場合、タッチパネル２１は、操作面２１Ａの操作による静電容量の変化によって、操作を検出している。なお、タッチパネル２１は静電式に限られず、抵抗膜型などの他の方式であっても構わない。そして、表示部１０３は、図３に示す受光面２１Ｂと対向して配置されている。表示部１０３は、たとえば液晶表示器などであっても構わない。なお、表示部１０３は、液晶表示器に限られず、たとえば有機エレクトロルミネッセンス、あるいは発光ダイオード、プラズマディスプレィなどであっても構わない。

さらに、タッチパネル２１は、その中心の下部に位置するスイッチ電極領域２１Ｄと、この周辺に位置するセンサ電極領域２１Ｃを含んでいる。スイッチ電極領域２１Ｄは、センサ電極領域２１Ｃを除いた領域に設けられている。センサ電極領域２１Ｃは、光透過性を有している。そして、電子機器１０２を操作面２１Ａに対向するように見た場合、表示部１０３は、センサ電極領域２１Ｃおよびスイッチ電極領域２１Ｄの受光面２１Ｂの後側に配置されている。すなわち、表示部１０３は、センサ電極領域２１Ｃからスイッチ電極領域２１Ｄまでの範囲で図３に示す受光面２１Ｂと対向するように延びて形成されている。静電式のタッチパネル２１の場合、センサ電極領域２１Ｃは、操作面２１Ａの操作による静電容量の変化によって、操作を検出できる。

以上の構成により、表示部１０３による表示は、タッチパネル２１を透過する。したがって、操作者は、表示部１０３の表示を視認できる。そして、操作者は、表示部１０３の表示に応じて、センサ電極領域２１Ｃにおける操作面２１Ａを指などで操作することにより、電子機器１０２へ情報や指示などを入力できる。

次に、入力装置１０１のスイッチ電極領域２１Ｄについて図面を用いて説明する。図７、図８に示されるように、３つの凸状のスイッチ部が、横並びに配置される。図７、図８において、これら３つのスイッチ部は、３つの開口部が設けられたひとつのケース２２と、これらの開口部に個別に挿入される凸状の押しボタン２４と、各押しボタン２４に弾性力を与えると共に３つの開口部が設けられた弾性体２５とを含む。また、図８に示すように、３つの押しボタン２４と、弾性体２５を組み合わせたものを、操作部２３としている。図１Ａは、スイッチ部がひとつであるときの入力装置１０１を表から見た場合の分解斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの入力装置１０１を裏から見た場合の分解斜視図である。図２は、図１Ａに対応して、非操作状態での入力装置１０１の要部断面図である。入力装置１０１は、ケース２２と、操作部２３とを含んでいる。タッチパネル２１は、基体３１と、スイッチ電極領域２１Ｄとを含んでいる。図１Ａにおいては、基体３１の全体を図示しておらず、点線で示されるスイッチ電極領域２１Ｄの周囲に、センサ電極領域２１Ｃが配置され、センサ電極領域２１Ｃは、センサ電極３２を含んでいる。スイッチ電極領域２１Ｄは、基体３１においてセンサ電極領域２１Ｃを除いた領域に設けられている。スイッチ電極領域２１Ｄは、スイッチ電極３３と、グランド電極３４とを含んでいる。なお、センサ電極３２、スイッチ電極３３、グランド電極３４とは、基体３１に設けられている。そして、グランド電極３４は、スイッチ電極３３と並んで配置されている。

ケース２２は、内面２２Ａと外面２２Ｂを含んでいる。なお、外面２２Ｂは、内面２２Ａの反対に設けられている。そして、ケース２２は、スイッチ電極領域２１Ｄを覆うようにして、タッチパネル２１に結合されている。

操作部２３は、押しボタン２４と、弾性体２５と、導体２６と、対向面２３Ａを含んでいる。押しボタン２４は、操作面２４Ａと接触面２４Ｂを含んでいる。押ボタン２４において、凸状の柱状部と、この柱状部の下に設けられたフランジ部とを有し、操作面２４Ａは柱状部の上面に、接触面２４Ｂはフランジ部の上面に形成されている。なお、操作面２４Ａは、ケース２２から露出している。一方、接触面２４Ｂは、内面２２Ａに押し付けられている。導体２６は、対向面２３Ａに形成されている。対向面２３Ａは、操作部２３において操作面２４Ａの反対に設けられている。導体２６は、スイッチ電極領域２１Ｄと対向して配置されている。また導体２６は、スイッチ電極３３ならびにグランド電極３４から離れて配置されている。そして、導体２６は、操作者の操作面２４Ａへの押し下し動作に伴い、移動し、スイッチ電極３３ならびにグランド電極３４との間の静電容量値は、導体２６とスイッチ電極３３との間の距離に応じて変化する。

以上の構成により、導体２６は、スイッチ電極３３およびグランド電極３４と対向して配置され、導体２６とスイッチ電極３３ならびに導体とグランド電極３４との間の静電容量値は、導体２６とスイッチ電極３３との間の距離に応じて、変化する。すなわち、操作者の指（図示せず）などの人体部分が、グランドとして作用する必要性がない。したがって、たとえば手袋をはめた状態や、絶縁物で操作面２４Ａを操作したような場合の静電容量値の変化と、素手で操作面２４Ａを操作した場合の静電容量値の変化との間の差を小さくできる。その結果、たとえば手袋をはめた状態や、絶縁物で操作面２４Ａを操作したような場合でも、素手で操作部を操作した場合と同じく、操作者による操作部２３の操作を検出できる。

以下、入力装置１０１についてさらに詳しく説明する。基体３１は、光透過性の材料によって形成されたフィルムである。なお、基体３１は、透明であることが好ましい。基体３１は、たとえばポリエチレンテレフタレートなどの光透過性を有した熱可塑性樹脂によって形成できる。センサ電極３２は、基体３１の一方の面に形成されている。スイッチ電極３３と、グランド電極３４とは、基体３１においてセンサ電極３２と同じ面上に形成されている。なお、センサ電極３２は、光透過性を有している。この構成により、操作者は、図８に示す表示部１０３の表示を、タッチパネル２１を介して、認識できる。

入力装置１０１は、スイッチ電極３３とグランド電極３４との間の静電容量値の変化に応じた信号を出力できる。そして入力装置１０１の出力は、制御部（図示せず）へ供給される。その結果、制御部は、操作面２４Ａの操作を検知できる。なお、制御部は、図８に示す表示部１０３に表示画像をさせている。

また、タッチパネル２１は、絶縁層３５を含むことが好ましい。図１Ａ、図１Ｂにおいては、絶縁層３５の全体を示しておらず、また、平面視略矩形状の弾性体２５の外周部が嵌め込み、位置決めができるように、絶縁層３５は、その上面に凹部を有している。絶縁層３５は、センサ電極３２と、スイッチ電極３３と、グランド電極３４とを覆っている。そして、絶縁層３５は、スイッチ電極３３あるいはグランド電極３４と、導体２６との間に設けられている。この構成により、押しボタン２４を押し下した際に、導体２６とスイッチ電極３３、あるいは導体２６とグランド電極３４とが電気的に短絡することを抑制できる。したがって、スイッチ電極３３とグランド電極３４との短絡の発生を抑制できる。なお、センサ電極３２と、スイッチ電極３３と、グランド電極３４とは、基体３１と絶縁層３５との間に挟まれた構成としても良い。あるいは、絶縁層３５が、基体３１を兼ねていても良く、このとき、絶縁層３５は、スイッチ電極３３とグランド電極３４とを形成した面の反対の面を導体２６に向けて配置する。あるいは、各電極は、絶縁層３５に埋め込む等の構造を採用できる。そして、これらの場合、絶縁層３５は、タッチパネル２１の操作面に設けられるカバーレンズを兼ねても良い。

また、図８に示すように、表示部１０３は、スイッチ電極領域２１Ｄの領域にまで延びて形成されていることが好ましい。この構成により、表示部１０３は、操作部２３に対して光を投光できる。スイッチ電極３３とグランド電極３４とは、基体３１においてセンサ電極３２と同じ面上に形成されている。なお、スイッチ電極３３とグランド電極３４とも、光透過性を有していることが好ましい。この構成により、図８に示す表示部１０３は、操作部２３へ光を照射することや、表示画像を表示することができる。したがって、操作面２４Ａを光らせることや、操作面２４Ａに画像を表示することができる。

この場合、センサ電極３２と、スイッチ電極３３と、グランド電極３４とは、導電性を有した透明な材料によって形成することが好ましい。センサ電極３２と、スイッチ電極３３と、グランド電極３４とは、たとえばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜によって形成できる。なお、センサ電極３２と、スイッチ電極３３と、グランド電極３４とは、透明な材料によって形成する構成に限られず、視認できない程度の細い幅の導体によって形成しても良い。また、センサ電極３２は、基体３１の一方の面に形成した構成に限られず、両面に形成されていても良い。

図３は、電子機器１０２の要部断面図である。図４は、操作面２４Ａに表示画像１０４を表示した状態の操作部２３の正面図である。押しボタン２４は、光透過性を有することが好ましい。この場合、押しボタン２４は、受光部２４Ｃを含む。受光部２４Ｃは、押しボタン２４において、操作面２４Ａの反対に形成されている。さらに、受光部２４Ｃは、スイッチ電極領域２１Ｄにおいて操作面２１Ａと対向して配置されている。この構成により、表示部１０３が発した光や表示画像は、タッチパネル２１を通過し、受光部２４Ｃから押しボタン２４へ入射される。そして、押しボタン２４は、表示部１０３が発した光や表示画像１０４を操作面２４Ａまで導く。なお、押しボタン２４は、透明であることがさらに好ましい。この構成によって、操作面２４Ａに対して、表示部１０３は発した表示画像１０４を、より明瞭に表示できる。また、操作面２４Ａを、より明るく光らせることができる。

図２に示すように、弾性体２５は、押しボタン２４と、操作面２１Ａとの間に設けられている。なお、弾性体２５は、第１接触部２５Ａと、連結部２５Ｂと、第２接触部２５Ｃを含んでいる。第１接触部２５Ａは、押しボタン２４に押し当てられている。一方、第２接触部２５Ｃは、操作面２１Ａに押し当てられている。連結部２５Ｂは、第１接触部２５Ａと第２接触部２５Ｃとの間を連結している。たとえば、連結部２５Ｂは、第１接触部２５Ａの外周端部と第２接触部２５Ｃの内周端部とを連結している。

図５は、操作状態での入力装置１０１の要部断面図である。すなわち、押しボタン２４が、操作者１０５によって押し下された状態を図５に示している。そして、図５に示すように、押しボタン２４の押し下し動作によって、連結部２５Ｂが変形する。この構成により、押しボタン２４が、降下する。

図６は、入力装置１０１のスイッチ電極領域２１Ｄの概念図である。第１接触部２５Ａと、連結部２５Ｂは、環状であることが好ましい。すなわち、第１接触部２５Ａの中央に貫通孔２５Ｄが設けられている。この場合、図３に示すように、受光部２４Ｃは、環状の第１接触部２５Ａの内側に配置することが好ましい。この構成により、表示部１０３の光や図４に示す表示画像１０４は、貫通孔２５Ｄ内を通過して、受光部２４Ｃへ到達できる。また、図５に示すように、押しボタン２４を押し下す際に、押しボタン２４が傾向くことや、傾いていて移動することを抑制できる。すなわち、導体２６がスイッチ電極３３やグランド電極３４に対して傾くことを抑制できる。したがって、導体２６とスイッチ電極３３やグランド電極３４との間の距離のばらつきを少なくできる。その結果、押しボタン２４を押し下した場合の、導体２６とスイッチ電極３３や、導体２６とグランド電極３４との間の静電容量のばらつきを減少できる。

なお、押しボタン２４を押し下した場合に、第１接触部２５Ａが、タッチパネル２１の操作面２１Ａと押しボタン２４との間に介在していることが好ましい。弾性体２５は、たとえばゴムなどの柔らかい材料によって形成されている。弾性体２５は、たとえば、シリコンゴムによって形成できる。一方、一般的にタッチパネル２１の操作面２１Ａや押しボタン２４は硬い材料によって形成されている。したがって、硬い操作面２１Ａと押しボタン２４とが直接に当たることを抑制できる。その結果、操作面２１Ａと押しボタン２４との当たりによる異音が発生することを抑制できる。また、操作面２１Ａに傷などが生じることを抑制できるので、スイッチ電極３３やグランド電極３４が、絶縁層３５から露出することを抑制できる。したがって、スイッチ電極３３やグランド電極３４の腐食の発生を抑制できる。

以上のように、押しボタン２４を押し下げられた際に、第１接触部２５Ａは、導体２６が、絶縁層３５の表面に当たる程度まで下げることができる。そこで、対向面２３Ａは、第１接触部２５Ａに形成することが好ましい。すなわち、導体２６は、第１接触部２５Ａにおいて操作面２１Ａと対向するように配置される。この構成により、押しボタン２４が押し下された状態で、導体２６と、スイッチ電極３３あるいはグランド電極３４との間の距離を短くできる。したがって、押しボタン２４が押し下された状態における導体２６と、スイッチ電極３３あるいはグランド電極３４との間の静電容量値の変化を大きくできる。その結果、押しボタン２４を押し下すことによる導体２６と、スイッチ電極３３あるいはグランド電極３４との間での静電容量の変化量が増加する。なお、対向面２３Ａは、第１接触部２５Ａに形成する構成に限られず、押しボタン２４に形成しても構わない。

図６に示すように、導体２６の形状も環状である。導体２６は、スイッチ電極３３とグランド電極３４とをまたぐように配置することが好ましい。この構成により、導体２６とスイッチ電極３３との間、および導体２６とグランド電極３４との間の静電容量値の変化を大きくできる。また、グランド電極３４は、第１グランド導体３４Ａと、第２グランド導体３４Ｂによって構成することが好ましい。この場合、スイッチ電極３３は、第１グランド導体３４Ａと、第２グランド導体３４Ｂとの間に配置する。この構成により、スイッチ電極３３とグランド電極３４との間の静電容量値の変化が増加する。

なお、弾性体２５は、不透明な材料によって形成することが好ましい。そしてこの場合、導体２６もまた不透明な材料によって形成できる。導体２６は、たとえば、カーボンによって形成できる。これは、対向面２３Ａにカーボンインクを塗布することによって形成できる。あるいは、第１接触部２５Ａが、導体２６を兼ねる構成でも構わない。この場合、第１接触部２５Ａは、導電ゴムによって形成する。なお、弾性体２５は、不透明な材料によって形成した構成に限られず、透明な材料や、光透過性を有した材料によって形成してもかまわない。また、弾性体２５を不透明な材料によって形成することにより、図８に示すように、電子機器１０２に複数の押しボタン２４を並べて配置した場合、表示部１０３の発する光が、隣の押しボタン２４に漏れることを抑制できる。なお、電子機器１０２に複数の押しボタン２４を並べて配置した場合、これらの複数の操作部２３に対するケース２２は、一体で形成することが好ましい。

なお、図２に示すように、受光部２４Ｃは、導体２６の内側に配置することが好ましい。また、表示画像１０４は、受光部２４Ｃおよび、導体２６で囲まれた領域よりも小さいことが好ましい。この構成により、操作面２４Ａに表示画像１０４を明瞭に表示できる。

本発明にかかる入力装置と、これを用いた電子機器は、指以外でも操作できるという効果を有し、手袋や指以外の非導電性物質で操作するような電子機器等に用いると有用である。

２１ タッチパネル
２１Ａ （第２の）操作面
２１Ｂ 受光面
２１Ｃ センサ電極領域
２１Ｄ スイッチ電極領域
２２ ケース
２２Ａ 内面
２２Ｂ 外面
２３ 操作部
２３Ａ 対向面
２４ 押しボタン
２４Ａ （第１の）操作面
２４Ｂ 接触面
２４Ｃ 受光部
２５ 弾性体
２５Ａ 第１接触部
２５Ｂ 連結部
２５Ｃ 第２接触部
２５Ｄ 貫通孔
２６ 導体
３１ 基体
３２ センサ電極
３３ スイッチ電極
３４ グランド電極
３４Ａ 第１グランド導体
３４Ｂ 第２グランド導体
３５ 絶縁層
１０１ 入力装置
１０２ 電子機器
１０３ 表示部
１０４ 表示画像
１０５ 操作者

Claims (11)

1. 基体と、第１の操作面を有した絶縁層と、前記基体に設けられ、操作者の前記第１の操作面への操作による静電容量の変化を検知するセンサ電極領域と、を含むタッチパネルと、スイッチ電極と、前記スイッチ電極に並んで配置されたグランド電極とを含み、前記基体に設けられたスイッチ電極領域と、
   前記タッチパネルと対向した内面と、内面の反対の外面とを有し、前記スイッチ電極領域を覆うように、前記タッチパネルに結合されたケースと、
   前記ケースから露出して形成された第２の操作面、および前記内面に押し付けられた接触面を含む押しボタンと、前記接触面を前記内面へ押し付ける弾性体と、前記スイッチ電極領域と対向し、かつ前記スイッチ電極ならびに前記グランド電極から離れて配置され、前記押しボタンの押し下し動作に伴い、前記スイッチ電極との間の距離が変化する導体と、前記導体が形成され、かつ前記第２の操作面の反対に設けられた対向面を含む操作部と、を備え、
   前記スイッチ電極領域は、前記タッチパネルにおいて前記センサ電極を除いた領域に形成され、
   前記絶縁層は、前記スイッチ電極と前記導体との間に設けられ、前記第１の操作面が前記導体と対向するように配置された、
   入力装置。
2. 前記基体は、絶縁層を兼ねる、
   請求項１に記載の入力装置。
3. 前記基体は光透過性の材料によって形成され、
   前記センサ電極と、前記スイッチ電極と、前記グランド電極とは、光透過性を有した、
   請求項１に記載の入力装置。
4. 前記押しボタンは、光透過性を有する、
   請求項３に記載の入力装置。
5. 前記導体は、環状である、
   請求項４に記載の入力装置。
6. 前記押しボタンは、前記導体の内側に、前記操作面に投影すべき画像を入射する受光部を有した、
   請求項５に記載の入力装置。
7. 前記導体は、カーボンインクまたは導電ゴムによって形成された、
   請求項６に記載の入力装置。
8. 前記弾性体は、前記押しボタンと前記第１の操作面との間に設けられ、前記押しボタンを押し下した際に、前記導体と前記第１の操作面とが当接するように設けられた、
   請求項１に記載の入力装置。
9. 前記弾性体は、前記押しボタンに押し当てられた第１接触部と、前記第１操作面に押し当てられた第２接触部とを有した、
   請求項８に記載の入力装置。
10. センサ電極領域に設けられた第１の操作面と、前記第１の操作面の反対の受光面をさらに含み、光透過性を有したスイッチ電極とグランド電極および前記センサ電極領域を含むタッチパネルと、光透過性を有した押しボタンと、を有する、請求項１に記載の入力装置と、
    前記受光面と対向して配置され、かつ前記センサ電極領域から前記スイッチ電極領域にまで延びて形成され、前記押しボタンに対して光を投光する表示部と、
    を備えた電子機器。
11. 前記押しボタンは、前記第２の操作面の反対側に位置する受光部をさらに有し、
    前記表示部は、前記第２の操作面に投影すべき画像を表示する、
    請求項１０に記載の電子機器。
    

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