JP7313982B2 - 操作入力装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器の操作入力に使用する操作入力装置の機械的構造に関する。

携帯端末装置や撮像装置等の電子機器は、ユーザが設定の変更や特定の操作を行うための操作入力装置を備える。一般的には、電子機器の上面または背面等に機械的なボタンやダイヤル等の操作部材が配置され、ボタンの押下、ダイヤルの回転の検出によって操作入力が検出される。また機械的な操作部材に代わる操作入力手段として、静電容量センサや圧力センサ等のタッチセンサを搭載する電子機器がある。

特許文献１に開示の操作入力装置は、操作入力部にてマトリクス状に配置された静電容量センサと圧力センサを重ねて配置した操作検出部を有する。操作入力部に対する操作者の手指の検出において、操作入力部に対する接触位置、接触圧（押圧力）、手指の接触面積、手指の離れた（または近接した）距離等の種々の操作入力情報の取得が可能である。

特許文献２では、カメラのグリップ部にグリップボタンが設けられており、グリップ内部に圧力センサが実装された構成が開示されている。レリーズ操作開始後、グリップボタンが押された時の操作圧力が圧力センサにより検出され、その圧力値に応じて動画撮影時の撮影フレーム数が変更される。またレリーズ操作開始後に、動画撮影と連写撮影との切り替え、ＡＦエリアの変更、露出補正値の変更等を、グリップボタンへの操作圧力に応じて行うことが可能である。

特開２０１８－２５８４８号公報 特開２００４－１５７３５３公報

特許文献１に開示された技術では、ユーザが操作入力装置を握った際に圧力センサにより行われる圧力検出のダイナミックレンジが小さく、ユーザの意図しない操作の検出が起こりうる。一方で、圧力検出のダイナミックレンジを大きくする場合には押圧方向の変位量が大きくなってしまうため、ユーザが操作入力装置を把持した際のグリップ感が損なわれる可能性がある。

また、特許文献２に開示されたグリップボタンの操作では、操作圧力に応じて撮影中の動作モードまたはパラメータの変更が可能である。しかし、グリップ部に機械的な操作部材が配置される場合、撮影中にユーザがグリップ部に力を加えて把持した際に意図せずグリップボタンを押す可能性や、グリップ感が損なわれる可能性がある。
本発明は、グリップ感を損なうことなく、圧力検出のダイナミックレンジをより大きくすることが可能な操作入力装置の提供を目的とする。

本発明の実施形態の操作入力装置は、第１および第２の弾性部材と、圧力を検出する第１の検出手段と、外装部材と、を有する操作入力装置であって、前記第１の検出手段は導体が配線されて、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間に位置しており、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材は硬さまたは厚さが異なり、前記第１の弾性部材は曲面形状であって、前記第１の検出手段の側に突起部を有し、前記突起部が前記第１の検出手段に対して押圧したときの前記導体の電気抵抗値の変化を前記第１の検出手段が検出することを特徴とする。

本発明によれば、グリップ感を損なうことなく、圧力検出のダイナミックレンジをより大きくすることが可能な操作入力装置を提供することができる。

実施形態の撮像装置の外観図である。 撮像装置のハードウェア構成例を示す概略ブロック図である。 圧力検出のダイナミックレンジを大きくした構成の一例を示す図である。 第１実施形態のグリップ部の構成を表す分解斜視図である。 第１実施形態のグリップ部の構成を表す要部の断面図である。 第２実施形態のグリップ部の構成を表す分解斜視図である。 圧力センサの変形前後の状態を示す図である。 圧力センサの導体パターンの断線を抑制する構成を示す断面図である。 図８の構成を曲面形状部に適用した例を示す断面図である。 曲面形状部において圧力検出精度の低下を防ぐ構成を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。各実施形態では、操作入力装置を備える電子機器の一例として撮像装置を示すが、本発明は操作入力装置を備える各種電子機器への適用が可能である。

［第1実施形態］
図１は、実施形態に係る撮像装置の例として、デジタルカメラ１００を示す外観斜視図である。図１（Ａ）はデジタルカメラ１００の前面斜視図であり、図１（Ｂ）はデジタルカメラ１００の背面斜視図である。デジタルカメラ（以下、単にカメラともいう）１００は、その本体部に不図示のレンズ装置を装着可能なレンズ交換式カメラである。カメラ１００の底面には、互いに直交するＸ軸およびＺ軸を定義し、Ｘ軸およびＺ軸のそれぞれに対して直交する軸をＹ軸と定義する。Ｚ軸方向は撮像装置の光軸に平行な方向である。

図１（Ｂ）に示すメイン表示部１１はカメラ本体部の背面に設けられており、画像や各種情報を表示する。メイン表示部１１の表示面にタッチパネルを有する構成の場合、表示面（操作面）に対するタッチ操作を検出することができる。サブ表示部１２はカメラ本体部の上面に設けられており、シャッタ速度や絞り値等の、様々な設定値を表示する。

カメラ１００は覗き込み型ファインダを備え、ユーザは接眼部２０を介して内部のＥＶＦ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｉｅｗ Ｆｉｎｄｅｒ）に表示された映像を視認することができる。接眼検知部２２は、接眼部２０に対する目の接近（接眼）および離反（離眼）を検知する。

カメラ１００は、ユーザが各種の操作に用いる操作部材を備え、その例を以下に示す。
（カメラ上面部）
・メイン電子ダイヤル３１：回転操作部材であり、その回転によりシャッタ速度や絞り値等の設定値の変更等の指示が行われる。
・電源スイッチ３２：カメラ１００の電源のＯＮおよびＯＦＦを切り替える操作部材。
・サブ電子ダイヤル３３：回転操作部材であり、その回転により選択枠の移動や画像送り等の指示が行われる。
・動画ボタン３６：動画撮影（記録）の開始、停止の指示に用いられる。
・モード切替スイッチ４１：各種モードを切り替えるための操作部材。
・シャッタボタン４２：被写体側に配置され、撮影指示を行うための操作部材。
（カメラ背面部）
・十字キー３４：上下左右の各部分をそれぞれ押し込み可能な十字キー（４方向キー）。
・ＳＥＴボタン３５：押しボタンであり、主に選択項目の決定等に用いられる。
・ＡＥロックボタン３７：撮影待機状態で押下され、露出状態を固定することができる。
・拡大ボタン３８：ライブビュー表示において拡大モードのＯＮ、ＯＦＦを行うための操作部材。
・再生ボタン３９：撮影モードと再生モードとを切り替える操作部材。
・メニューボタン４０：各種の設定用のメニュー画面をメイン表示部１１に表示するための操作部材。
グリップ部６０の内部には操作入力装置が設けられており、図２に示す静電容量センサ６３および圧力センサ６４を備える。その詳細については後述する。

記録媒体３００（図２参照）を格納したスロットの蓋５０は、カメラ本体部の側面部に配置される。通信端子５１は、カメラ１００がレンズ装置と通信を行う為の端子である。端子カバー５２はカメラ本体部の側面部に配置され、外部機器とカメラ１００とを電気的に接続する接続ケーブル等のコネクタ（不図示）を保護する。

グリップ部６０は、ユーザがカメラ本体部を把持する際に右手で握りやすい形状とした把持部である。ユーザがグリップ部６０を右手の小指、薬指、中指で握ってカメラ１００を把持した状態にて、右手の人差指で操作可能な位置にシャッタボタン４２、メイン電子ダイヤル３１が配置されている。この状態にて右手の親指で操作可能な位置には、サブ電子ダイヤル３３、十字キー３４、ＳＥＴボタン３５、ＡＥロックボタン３７、拡大ボタン３８、再生ボタン３９が配置されている。

図２は、デジタルカメラ１００の構成例を示すブロック図である。カメラ本体部はシステム制御部８０を備え、レンズユニット２００はレンズシステム制御回路２０３を備え、両者は互いに通信可能である。

まず、カメラ本体部の構成を説明する。接眼検知部２２は赤外線近接センサ等を有し、ファインダの接眼部２０に対する接眼および離眼を検知する。システム制御部８０は、接眼検知部２２による検知状態に応じて、メイン表示部１１とＥＶＦ２１の表示状態と非表示状態とを切り替える。具体的には、少なくとも撮影待機状態で、かつ、自動切替である場合、非接眼中にメイン表示部１１の表示がオンとなり、ＥＶＦ２１が非表示となる。また、接眼中にはＥＶＦ２１の表示がオンとなり、メイン表示部１１は非表示となる。

操作部３０はシステム制御部８０に各種指示を入力する際にユーザが使用し、ユーザ操作を受け付ける入力部としての各種の操作部材を備える。操作部材については図１で説明済みであり、例えば、メニューボタン４０の押下によりメニュー画面がメイン表示部１１に表示され、ユーザはメニュー画面を見ながら十字キー３４、ＳＥＴボタン３５を用いて直感的に設定を行える。また、拡大ボタン３８により、拡大モードをＯＮとしてからメイン電子ダイヤル３１を操作することにより、ライブビュー画像の拡大、縮小の指示を行い、再生モードにて再生画像の拡大指示を行うことができる。

操作部３０には、グリップ部６０がその内部に備える静電容量センサ６３および圧力センサ６４が含まれる。グリップ部６０において、ユーザがカメラ本体部を把持する領域には静電容量センサ６３および圧力センサ６４が配置され、ユーザによるカメラ１００の把持状態や指の動きを検出することができる。

システム制御部８０はモード切替スイッチ４１からの信号により、動作モードを静止画撮影モード、動画撮影モード、再生モード等に切り替える。第１シャッタスイッチ４３および第２シャッタスイッチ４４は、シャッタボタン４２の操作によってＯＮ・ＯＦＦする段階式スイッチである。第１シャッタスイッチ４３は、シャッタボタン４２の操作途中、いわゆる半押し（撮影準備指示）でＯＮとなり、第１シャッタスイッチ信号ＳＷ１を発生する。システム制御部８０はＳＷ１により、ＡＦ（オートフォーカス）処理、ＡＥ（自動露出）処理、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理、ＥＦ（フラッシュプリ発光）処理等の撮影準備動作を開始させる。第２シャッタスイッチ４４は、シャッタボタン４２の操作完了、いわゆる全押し（撮影指示）でＯＮとなり、第２シャッタスイッチ信号ＳＷ２を発生する。システム制御部８０はＳＷ２により、撮像部８４からの信号読み出しから撮像された画像を記録媒体３００に画像ファイルとして書き込むまでの一連の撮影処理を開始させる。

ＡＥセンサ８１は、レンズユニット２００を通した被写体の輝度を測光し、測光結果をシステム制御部８０に出力する。焦点検出部８２は、撮像光学系の焦点状態を検出してシステム制御部８０にデフォーカス量の情報を出力する。システム制御部８０は当該情報に基づいてレンズユニット２００を制御し、位相差ＡＦを行う。焦点検出部８２は、専用の位相差センサを有するか、または撮像部８４が備える撮像素子（撮像面位相差センサ）を利用して焦点検出を行う。シャッタ８３はフォーカルプレーンシャッタであり、システム制御部８０の指令により撮像部８４の露光時間を制御する装置である。

撮像部８４は、撮像光学系を介して結像される光学像を電気信号に光電変換する撮像素子を備える。ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）を用いたイメージセンサが使用される。Ａ／Ｄ変換器８５は、撮像部８４の出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器８５の出力データは、画像処理部８６およびメモリ制御部８７を介して、或いは、メモリ制御部８７を介してメモリ８８に直接書き込まれる。

画像処理部８６は、Ａ／Ｄ変換器８５からのデータ、または、メモリ制御部８７からのデータに対してリサイズ処理や色変換処理等を行い、また、撮像画像のデータを用いて所定の演算処理を行う。演算結果に基づいてシステム制御部８０は露光制御、測距制御を行い、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のＡＦ処理、ＡＷＢ処理、ＡＥ処理、ＥＦ処理等が行われる。

メモリ８８は、Ａ／Ｄ変換器８５による変換後のデジタル画像データと、メイン表示部１１，ＥＶＦ２１に表示するための画像データを記憶する。メモリ８８は、所定枚数の静止画像や所定時間に亘る動画像および音声のデータの格納に十分な記憶容量を有し、画像表示用のビデオメモリを兼ねている。

Ｄ／Ａ変換器８９は、メモリ８８に格納されている画像表示用のデータをアナログ信号に変換してメイン表示部１１，ＥＶＦ２１に供給する。メモリ８８に書き込まれた表示用の画像データは、メイン表示部１１，ＥＶＦ２１により表示される。メモリ８８に蓄積されたデジタル信号を、Ｄ／Ａ変換器８９においてアナログ変換して、メイン表示部１１またはＥＶＦ２１に逐次転送して表示させることにより、ライブビュー表示が行われる。サブ表示部駆動回路９０はシステム制御部８０の指令にしたがい、サブ表示部１２の画面上にシャッタ速度や絞り値等の設定値を表示させる。

不揮発性メモリ９１は、ＥＥＰＲＯＭ等の電気的に消去および記録が可能なメモリであり、システム制御部８０の動作用の定数、プログラム等を記憶している。システム制御部８０は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）を備え、デジタルカメラ１００全体を制御する。ＣＰＵは不揮発性メモリ９１に記録されたプログラムを実行することで各処理を実現する。システムメモリ９２は、例えばＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）が用いられ、システム制御部８０の動作用の定数、変数、不揮発性メモリ９１から読み出したプログラム等が展開される。システムタイマ９３は各種制御に用いる時間や内蔵時計の時間を計測する。

電源制御部９４は、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行う。電源スイッチ３２の操作信号をトリガーとして電源制御部９４は、その検出結果およびシステム制御部８０の指令にしたがい、内部のＤＣ－ＤＣコンバータを制御し、記録媒体３００を含む各部への電源供給を行う。電源部９５は一次電池または二次電池、ＡＣアダプター等を備える。

記録媒体Ｉ/Ｆ（インターフェース）部９６は記録媒体３００とシステム制御部８０とを接続する。撮像画像データ等を記録する記録媒体３００は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される。例えば、撮影モード中にユーザが再生ボタン３９を押下すると、再生モードに移行し、記録媒体３００に記録された画像のうち最新の画像をメイン表示部１１に表示させることができる。

通信部９７は、映像信号や音声信号の送受信を行う際、ネットワークに接続可能である。通信部９７は撮像部８４による撮像画像データや記録媒体３００に記録された画像データを外部機器へ送信可能であり、また外部機器から画像データや各種情報を受信可能である。

姿勢検知部９８は加速度センサやジャイロセンサ等を備え、重力方向に対するカメラ１００の姿勢を検知する。例えば、姿勢検知部９８で検知された姿勢に基づいて、ユーザがカメラ１００を横に構えているか、縦に構えているかを判別可能であり、パンニング等の状態や静止状態を検知可能である。

次にレンズユニット２００の構成を説明する。レンズユニット２００はズームレンズ、フォーカスレンズ等のレンズ群を備えるが、図２では１枚のレンズ２０１として簡略的に示す。レンズユニット２００は、デジタルカメラ１００と通信を行う通信端子２０２を備える。レンズユニット２００は、通信端子５１、２０２を介してシステム制御部８０と通信可能である。レンズシステム制御回路２０３は、システム制御部８０の指令にしたがって、絞り駆動回路２０４とＡＦ駆動回路２０６を制御する。絞り駆動回路２０４を介して絞り２０５の制御が行われ、ＡＦ駆動回路２０６を介して、レンズ２０１内のフォーカスレンズの位置を変位させることで焦点調節制御が行われる。

次に、本実施形態の操作入力装置を、特許文献１に開示された構成と比較しつつ説明する。特許文献１の図１に示された操作入力装置は、操作入力部にてマトリクス状に配置された静電容量センサ（１２０）と圧力センサ（１３０）を重ねて配置した操作検出部を有する。静電容量センサを介して圧力センサに圧力が加わると、圧力センサは圧延される。

圧力センサの導体パターンの断面積をＡと表記し、その長さをＬと表記する。圧延による圧力センサの変形前後で断面積Ａと長さＬは変化する。導体固有の電気抵抗率をρと表記し、電気抵抗値をＲと表記するとき、Ｒとρ、Ｌ、Ａとの関係は下記式（１）で表される。

圧力センサが手指等の押圧体から圧力を受けたときに、断面積Ａが小さくなり、長さＬが大きくなるので、電気抵抗値Ｒは大きくなる。従って、一定の圧力を受けたときの導体の変形が大きくなるほど、電気抵抗値Ｒの変化は大きくなる。この場合、導体の変形が容易な構成にすることで、圧力の検出をより敏感に、すなわち圧力検出のダイナミックレンジを大きくすることが可能である。

特許文献１に開示の構成において、圧力センサの変形代（しろ）は圧力センサの圧延により潰れる量（以後、潰れ量Δｔと記す）に依存する。この潰れ量Δｔが小さいと、圧力検出のダイナミックレンジを大きくすることは容易でない。

図３は、特許文献１に開示された構成に対して改良を施し、簡易的に圧力センサ６４の圧力検出のダイナミックレンジを大きくした構成例を説明する模式図である。図３（Ａ）は圧力センサ６４に圧力を加える前の状態を示す要部の断面図である。図３（Ｂ）は圧力センサ６４に圧力を加えている状態を示す要部の断面図である。

圧力センサ６４はその両端が固定されており、押圧が想定される箇所にて圧力センサ６４の変形方向に圧力センサ６４の変形代となる空間部６９が設けられている。図３（Ｂ）に示すように、圧力センサ６４は、空間部６９内では圧力を受けた分だけ変形できるため、圧力検出のダイナミックレンジを大きくすることが可能となる。このような構成を、本実施形態の撮像装置のグリップ部６０に適用する場合、ユーザが撮影姿勢を維持し、且つ、撮像画像のブレを抑制させるためには、高いグリップ性能を有する必要がある。ゆえに、圧力が加わる前の状態と、ユーザがグリップ部６０を把持して圧力が加わっている状態との間で、グリップ部６０の形状差は小さいことが好ましい。特にユーザが力を加える方向への変形量、すなわちストローク量は小さいほど好ましいが、図３の構成では高いグリップ性を実現することは難しい。

図４および図５を参照して、本実施形態にて圧力センサ６４の圧力検出のダイナミックレンジを向上させた構成例を説明する。図４は、グリップ部６０の構成を表す分解斜視図であり、図５はグリップ部６０の構成を表す断面図である。図５（Ａ）は圧力センサ６４に圧力を加える前の状態を示す要部の断面図である。図５（Ｂ）は圧力センサ６４に圧力を加えている状態を示す要部の断面図である。

図４では、外観面から順に、第１の弾性部材６１、静電容量センサ６３、圧力センサ６４、第２の弾性部材６２、外装部材６５を示している。外観面は操作入力装置の外観上の外表面である。つまり、第１の弾性部材６１が最も外側に配置され、外装部材６５が最も内側に配置される。

第１の弾性部材６１は、外装部材６５の外形形状に対応する形状を有し、エラストマー等の弾性を有する材料で形成されている。静電容量センサ６３には、ポリイミド等の基材に金属導体パターンが配線されたフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣという）が用いられる。あるいは、第１の弾性部材６１自体に金属導体パターンが配線される筐体配線を用いてもよい。静電容量センサ６３は、押圧体７０（操作者の手指等）による静電容量の変化を検知することで、押圧体７０が触れたことを検知する。例えば、押圧体７０がグリップ部６０に触れることで、グリップ部６０に配置されているＦＰＣ上の金属導体パターンにおける静電容量の変化が検知される。このときの検知信号に応じた各種操作によって所望の処理が可能となる。

圧力センサ６４は、タッチ操作の強度を検出するためのセンサであり、グリップ部６０に対して押圧体７０から受ける押圧の強度を検出する。グリップ部６０がタッチ操作によって押圧された場合、圧力センサ６４により、押圧の強度を連続的に検出することができる。圧力センサ６４としては、ポリイミド等の基材に金属導体パターンが配線されたＦＰＣが用いられる。あるいは、伸縮可能な繊維質の基材に対して、伸縮可能な伸縮性導体パターンが配線された構成でもよい。圧力センサ６４は、金属導体パターンに応力を加えた際の歪みに応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果を利用して圧力を検出する。つまり、圧力センサ６４に荷重を加えて導体パターンを変形させたときに、導体の電気抵抗値の変化を読み取ることで加えた荷重を逆算することができる。例えば導体の電気抵抗値（または電気抵抗値に対応する検出信号）に対して、１つまたは複数の閾値が設定される。検出部は導体の電気抵抗値と閾値とを比較し、所定の閾値に対して抵抗値が小さくなる方向に変化したときにシステム制御部８０が所定の制御を行う。所定の制御とは、例えば電子機器の電源のＯＮ／ＯＦＦや、操作入力に応じて予め定められた機能の呼出等を行うための制御である。圧力センサ６４による検出結果から操作入力の判別が可能であり、ユーザの意図する処理を実行することができる。

あるいは、グリップ部６０と平行に備えられた静電容量センサ６３により、距離検出を行い、距離に対応する圧力を検出することができる。この場合の距離とは、グリップ部６０に対する押圧体７０の押圧力によって操作面が歪んだことによる、グリップ部６０上の押圧体７０と静電容量センサ６３との距離であり、静電容量値から算出できる。この距離に基づいて圧力を算出する方法、あるいは距離を圧力と同等に扱う方法がある。

本実施形態にて圧力センサ６４については、グリップ部６０に対する押圧の強度を検出可能であれば、他の方式のセンサを使用してもよい。様々な方法、および様々なセンサ、または複数のセンサの組合せ（例えば加重平均による出力信号の合成）を使用してタッチ操作の強度（圧力）を検出することが可能である。

第２の弾性部材６２は、第１の弾性部材６１と同様に、外装部材６５の外形形状に対応する形状を有し、エラストマー等の弾性を有する材料で形成されている。第２の弾性部材６２は第１の弾性部材６１よりも高い剛性を有する。

外装部材６５は、グリップ部６０のグリップ形状を成す部材であり、第２の弾性部材６２よりも高い剛性を有する。外装部材６５は複数の凹部６５ａ（図５）を有しており、凹部６５ａと第２の弾性部材６２で囲まれる領域に空間部６９が形成される。

本実施形態において、ユーザがグリップ部６０を把持した際、少なくとも押圧体７０が接触する部分には、１つまたは複数の静電容量センサ６３と圧力センサ６４が設置されている。静電容量センサ６３により、その静電容量の変化を検知することで、ユーザの触れている箇所を特定することができる。そして、圧力センサ６４の出力値によって、グリップ部６０に対する押圧力を検出することができる。このように、静電容量センサ６３と圧力センサ６４とを組み合わせることにより、操作入力部にて、どの位置でどれだけの圧力を受けたかを検出可能である。例えば、同じ圧力を受けた場合でも、受けた位置に違いがあれば、位置ごとに、呼び出される機能が異なるように制御や処理を行うことができる。また、押圧体７０によるスライド操作、タップ操作、タッチ操作等の各種操作を行うことが可能である。

第１の弾性部材６１が押圧体７０から押圧を受けると、第１の弾性部材６１と外装部材６５とに挟まれた圧力センサ６４は圧延されて潰れる。押圧による圧力センサ６４の変形の前後で、圧力センサ６４の導体パターンの断面積Ａと長さＬは変化する。更に、圧力センサ６４と接触している第２の弾性部材６２も弾性を有するので、押圧により圧力センサ６４の一部は第２の弾性部材６２と共に空間部６９内に沈み込む。これにより、圧力センサ６４の変形量は、圧力センサ６４の圧延による潰れ量Δｔと、圧力センサ６４の撓みによる変形量（Δｄと記す）との和と同等となる。空間部６９を設けない構成と比べると、圧力センサ６４の変形量は圧力センサ６４の撓みによる変形量Δｄ分だけ大きくなるので、局所的に圧力センサ６４に変位量を発生させる構造とすることができる。よって、圧力検出のダイナミックレンジを拡大しつつ、圧力が加わる前の図５（Ａ）の状態と、圧力が加わっている図５（Ｂ）の状態とに関して、形状差を小さくすることができる。

次に、押圧体７０と空間部６９との関係について説明する。グリップ部６０の把持状態において、押圧体７０がグリップ部６０に接触する範囲を押圧体７０の接触幅とし、第１の弾性部材６１に対する押圧体７０の接触幅をＬ１と表記し、外装部材６５の凹部６５ａの幅をＬ２と表記する。

ユーザがグリップ部６０を把持したときの圧力を、圧力センサ６４により必ず検出できるようにするためには、凹部６５ａの幅Ｌ２を、押圧体７０の接触幅Ｌ１よりも大きくする必要がある（Ｌ２＞Ｌ１）。仮に、凹部６５ａの幅Ｌ２を押圧体７０の接触幅Ｌ１より小さくした場合、押圧体７０が凹部６５ａを跨いで覆ってしまう。そのため、圧力センサ６４が撓み難くなり、凹部６５ａの幅Ｌ２が押圧体７０の接触幅Ｌ１より大きい場合と比較すると前記変形量Δｄが小さくなる。場合によっては「Δｄ≒０」となる可能性がある。本実施形態において、Ｌ１とＬ２の関係は、「Ｌ２／Ｌ１＞１」の関係であるため、変形量Δｄが極端に小さくなることを回避できる。ただし、これに限らず、Ｌ１とＬ２の関係は「Ｌ２／Ｌ１≧０．５」でもよい。

また、凹部６５ａの深さは、第２の弾性部材６２が撓むことができる最大変形量以上になっている。押圧体７０で押圧された際、第２の弾性部材６２が外装部材６５の凹部６５ａの底に接触してしまうと、ユーザの意図に反して圧力センサ６４が圧延され、適切な圧力検出ができなくなる可能性がある。

押圧体７０は、例えばユーザの手指であり、グリップ部６０の把持状態においてユーザは手指でスライド操作やタップ操作を行う。この時、グリップ部６０には薬指、中指の指先が接触することを想定しており、その時の接触部分の形状は略円形状になる。日本人の場合、成人の薬指の指先の幅は、最小値が１０．２ｍｍ、最大値が１７．７ｍｍであり、中指の指先の幅は、最小値が１０．７ｍｍ、最大値が１８．６ｍｍである。グリップ部６０の把持時の接触幅は最大でも指の幅以下であるので、その最小値である１０ｍｍ以上の値として設計される。また、指の大きい人でも確実に圧力センサ６４による検出を可能にするためには、グリップ部６０の把持時の接触幅を、その最大値の１．５倍程度の３０ｍｍと想定して設計すればよい。以上のことから、１０ｍｍ＜Ｌ１＜３０ｍｍの範囲が望ましいが、本実施形態の効果を達成するためには、５ｍｍ≦Ｌ１＜３０ｍｍの範囲でもよい。

第１の弾性部材６１は、第２の弾性部材６２よりも柔らかい材料で形成される。その理由は押圧位置の検出精度を高めるためである。押圧体７０によって第１の弾性部材６１が押圧されると、第１の弾性部材６１より硬い第２の弾性部材６２は、第１の弾性部材６１全体を支持するように機能する。第１の弾性部材６１は第２の弾性部材６２により支持されるが、第２の弾性部材６２に比べて柔らかい第１の弾性部材６１は押圧された部分およびその近傍が沈み込む。そのため、第１の弾性部材６１と第２の弾性部材６２に挟まれる圧力センサ６４は押圧された部分およびその近傍のみが圧延される。これにより、押圧体７０による押圧位置を精度良く検出することが可能となる。

弾性部材の硬さについては、以下の方法で設定することが可能である。
・第１の弾性部材６１と第２の弾性部材６２とで、それらの厚さを同一に設定し、弾性部材に用いる材料の硬度の違いにより、第２の弾性部材６２を第１の弾性部材６１よりも硬くする方法。
・第１の弾性部材６１と第２の弾性部材６２とで同じ材料を使用し、厚さに変えることにより硬度に差をつけ、第２の弾性部材６２の厚さを第１の弾性部材６１の厚さより大きくすることで硬くする方法。

本実施形態では、第１の弾性部材６１と第２の弾性部材６２がそれぞれ１層である例を説明したが、多層構成でもよい。例えば、第１の弾性部材６１は１層であって、第２の弾性部材６２は２層の構成である。２層から成る第２の弾性部材６２は第１の弾性部材６１よりも硬い。それぞれの弾性部材の硬さ、厚さ、層数の組み合わせの如何は問わない。なお、硬さの関係は上記に限らず、必要に応じて第１の弾性部材６１を第２の弾性部材６２より硬くしてもよい。

押圧体７０の押圧方向から見た場合、第２の弾性部材６２と外装部材６５の支持部（不図示）が重なる領域においては、圧力センサ６４の導体パターンは配線されていない。その理由は、押圧体７０から過度な圧力を受けた場合、局所的な圧力センサ６４への加圧が破損に繋がり、適切な検出ができなくなる可能性があることによる。

また本実施形態において、静電容量センサ６３は、圧力センサ６４の外側（外観表面側）に配置されているが、他の実施形態では圧力センサ６４の内側（外装部材側）に配置される。静電容量センサ６３は、ユーザの手指が接触したときの静電容量の変化により接触位置を検出する。静電容量センサ６３が静電容量の変化を検出する際に、ユーザの手指と静電容量センサ６３との間に、電流が流れていると、静電容量が変化し、誤検出が発生しうる。また、静電容量センサ６３はユーザの手指に極力近い方が検出性能を高くすることができる。そのため、静電容量センサ６３を、電流が流れる圧力センサ６４よりも、ユーザの指側に配置することが好ましい。

更に、操作入力装置の組立状態において、圧力センサ６４は、第１の弾性部材６１と外装部材６５との間で、ある程度、変形させた状態となっている。その理由は、部品のばらつき、または、製造上のばらつきにより、組立状態における圧力センサ６４の潰れ量Δｔが異なり、初期状態に検出される電気抵抗値が異なる可能性があることによる。組立が完了した初期の変形状態において、検出荷重が０［Ｎ］となるようにキャリブレーションが行われる。

本実施形態によれば、ユーザが操作入力装置を把持した際のグリップ感を損なうことなく、圧力検出のダイナミックレンジをより大きくすることが可能な操作入力装置を提供することができる。

［第２実施形態］
次に、図６から図１０を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態では第１実施形態との相違点を説明し、第１実施形態と同様の事項については既に使用した符号や記号を用いることで、それらの詳細な説明を省略する。尚、本実施形態では弾性部材６１のみを示す。

図６は、本実施形態のグリップ部６０の構成部品を表す分解斜視図である。外観面から、弾性部材６１、外装部材６５、静電容量センサ６３、圧力センサ６４、ベース部材６６の順に構成される。

図７は、圧力センサ６４の変形前後の状態を表した模式図である。圧力センサ６４には、ポリイミド等の基材１６９に金属製の導体パターン１７０が配線されたＦＰＣが使用される。あるいは、伸縮可能な繊維質の基材１６９に対して、伸縮可能な伸縮性導体パターン１７０が配線された構成でもよい。圧力センサ６４は、金属に応力を加えた際の歪みに応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果を利用して圧力を検出する。つまり、圧力センサ６４に荷重を加えると導体パターン１７０が変形するので、導体パターン１７０の電気抵抗値の変化を読み取ることで、加えられた荷重を逆算することができる。例えば、１つまたは複数の閾値に対して導体パターン１７０の電気抵抗値が変化したときに、電子機器にて対応する機能の制御が行われる。ユーザは操作入力装置を使用して電子機器に所望の指示を行うことができる。

図７（Ａ）は、圧力センサ６４が変形する前の状態を表し、図７（Ｂ）は、圧力センサ６４が圧力を受けて変形した後の状態を表している。圧力センサ６４の変形の前後で、導体パターン１７０の断面積Ａや長さＬが変化する。導体固有の電気抵抗率をρとしたとき、電気抵抗値Ｒは前記式（１）で表される。つまり、導体パターン１７０が変形した場合、断面積Ａは小さくなり、長さＬは大きくなるので、電気抵抗値Ｒは大きくなる。また一定の圧力を受けたときの導体パターン１７０の変形量が大きくなるほど、電気抵抗値Ｒの変化は大きくなる。導体パターン１７０がより変形可能な構成を採用することで、小さい圧力から大きな圧力まで検出まで行うこと、すなわち圧力検出のダイナミックレンジを拡大できる。尚、静電容量センサ６３も図７（Ａ）と同様の構成を有する。

従来技術の操作入力装置では、ユーザにより加えられた圧力が静電容量センサと圧力センサに直接伝わる構成となっている。例えば、特許文献１に開示された装置の場合、強い衝撃が加えられたときに、衝撃を加えた部材と、衝撃を受け止める部材との間に圧力センサが配置された構成である。そのため、圧力センサに配線される導体パターンが、衝撃を加えた部材と衝撃を受け止める部材とに挟まれ、断線の発生が懸念される。特に、デジタルカメラ等のモバイル機器は、ユーザが持ち運んでいる最中に機器を落下させてしまうリスクがある。

図８は、圧力センサ６４の導体パターン１７０の断線を抑制するための構成を説明する断面図である。弾性部材６１は複数の突起部７２を有する。弾性部材６１が外部から圧力を受けたときに、突起部７２が圧力センサ６４を変形させることで、圧力を検出することができる。弾性部材６１は均質な材質であってもよく、また圧力センサ６４への圧力の伝達を考慮して、突起部７２の剛性を高めた材質であってもよい。

弾性部材６１は外装部材６５に接する複数の規制部１６２を有する。規制部１６２は弾性部材６１全体が圧力によって変形しないようにするための部分であり、言い換えると突起部７２の設けられている部分のみが変形するように形状変形を規制する役割を有する。ユーザが圧力を加えた際、弾性部材６１の変形が局所的に発生することによって、ユーザに伝わる感触の変化を最小限に抑えることができる。

ベース部材６６には凹部としてのポケット７１が複数設けられている。ポケット７１は圧力が加わった場合の圧力センサ６４の変形代（しろ）となる。図８では半球形状をしたポケット７１の例を示すが、これに限らず、例えば貫通穴部でもよい。

落下等によって電子機器に強い衝撃が加わった場合、外装部材６５には弾性部材６１を介して衝撃が加わることになる。そのため、圧力センサ６４は外装部材６５よりも内側に配置される。外装部材６５は、衝撃耐性を高めるために、リブ（不図示）等で補強されている。圧力センサ６４の導体パターン１７０は、外装表面に垂直な方向から見た場合にポケット７１と投影上重なる位置に配線される。落下等で強い衝撃が加わった場合でも、圧力センサ６４の導体パターン１７０には、弾性部材６１が変形可能な範囲内での変形の影響しか及ばないので、圧力センサ６４の導体パターン１７０に加える力に対して限度が設定される。従って、圧力センサ６４の導体パターン１７０を断線させるほどの力が加わらないように、弾性部材６１の最大変形量が設定され、圧力センサ６４の導体パターン１７０が断線する可能性は低い。

操作入力装置における押圧箇所の部分が平面形状である場合には、図８に示す構造により、静電容量センサまたは圧力センサが一定以上に変形しなくなる。よって強い衝撃荷重から静電容量センサまたは圧力センサの配線を保護することができる。しかしながら、操作入力装置における押圧の該当箇所が曲率を持った曲面形状部である場合には、さらに工夫が必要である。この場合、圧力センサにＦＰＣ等の配線部材が用いられていると、圧力方向に対して配線部材が強度を有することや、圧力を加えた際に逆側に曲率を変える動作が起こりうる。圧力と配線部材の変形量との関係が崩れてしまう可能性がある。圧力検出機能を持つ外観面の部分が曲率を有する形状である場合、耐衝撃性能を向上させた結果として、圧力の検出精度が低下するという課題がある。そこで曲面形状部に対する構造について以下に説明する。

図９は、図８に示す構成、すなわち圧力センサ６４の導体パターン１７０の断線を抑制するための構成を、曲面形状部に適用した場合の断面図である。複数の突起部７２は、外装部材６５に形成された複数の孔部６５ｂをそれぞれ貫通した状態で圧力センサ６４と接している。

ユーザが、例えばデジタルカメラ１００を落下させてしまった場合、曲面形状をした外観面を有する部分に衝撃時の荷重が集中する可能性がある。集中する荷重に対し、導体パターン１７０の断線対策をより十分に講じることが必要である。

図９に示す圧力センサ６４は、外観面（操作入力装置の外表面）である曲面に対して一定の間隔を保って配置されている。圧力センサ６４についても所定の曲率で配置されている。圧力センサ６４に用いられるＦＰＣ等は可撓性を有するが、図９のように円弧状に丸められた場合には、外観方向からの機械的な強度が高まる。つまり、平面状に配置されている場合と比較して、曲面形状に対して配置された圧力センサ６４は変形し難くなる。圧力センサ６４の変形量が小さいと、圧力センサ６４の導体パターン１７０の電気抵抗値Ｒの変化は小さくなる。特に、ユーザの加えた圧力が小さい場合には、突起部７２が圧力センサ６４を押圧しても、圧力センサ６４の変形量が小さいので、圧力センサ６４の導体パターン１７０の電気抵抗値Ｒがあまり変化しない。場合によっては圧力が検出されないことも起こりうる。

また図９において、突起部７２が圧力センサ６４を押圧していない状態では、圧力センサ６４は凸に変形しており、この状態を「上に凸」と定義する。ユーザが外部から圧力を加えた場合、突起部７２は圧力センサ６４を「下に凸」へ変形させる方向の力を加える。この変形の間、単純に凸方向への変化（凸の向きの変化）が生じたのみであり、圧力センサ６４の導体パターン１７０の長さＬ、および電気抵抗値Ｒは変化しないことが起こりうる。従って、実際に加えられた圧力と、電気抵抗値Ｒとの関係が崩れてしまう可能性がある。

図示は省略するが、外観面が球面形状である場合にも上記と同様であり、圧力センサ６４に用いられるＦＰＣ等は、特に球面形状に配置させること自体が困難である。なお、本明細書中にて球面形状は「曲面形状」に含まれる。複数の要因により、図９の構成を適用した場合、ユーザが意図的に行う操作の押圧力が正しく検出されないか、あるいは検出精度が低下するという課題がある。図１０を参照して、この課題に対する解決策について説明する。

図１０（Ａ）は、曲面形状部において圧力検出精度の低下を防ぐための構成を示す断面図である。複数の突起部７２は、基本的に弾性部材６１の外観面に対してほぼ垂直に立設されている。これは、ユーザが弾性部材６１の外観面に対し垂直方向に加えた力を圧力センサ６４へ正確に伝えるためである。複数の突起部７２は、外装部材６５に形成された複数の孔部６５ｂをそれぞれ貫通した状態で、突起部７２の先端部が圧力センサ６４と接している。突起部７２の先端部と圧力センサ６４とが接している面内の所定領域は、圧力センサ６４の圧力検出エリアとなる。圧力検出エリアにおいて、圧力センサ６４は、曲率を持つ外観形状に対応する曲面形状ではなく、ほぼ平面形状である。圧力検出エリア内の圧力センサ６４は、弾性部材６１から一定のオフセットをもつ位置には配置されず、弾性部材６１の曲面形状に比して曲率半径をできるだけ大きくし、平面に近づけたレイアウトである。つまり圧力センサ６４は、圧力検出エリアにおける曲率半径が外観形状に対応する曲面の曲率半径よりも大きい。

圧力センサ６４の形状を、より平面に近づけてレイアウトを行うことで、圧力センサ６４が突起部７２によって圧力を受けた際、圧力センサ６４は図８に示す構成と同様の変形しやすさを有する。この場合、圧力センサ６４は常に「下に凸」方向への変形となるので、実際に加えられた圧力と電気抵抗値Ｒとの関係が崩れることはなくなる。つまり、圧力センサ６４が受けた圧力に応じて、導体パターン１７０の断面積Ａおよび長さＬが変化することになる。

図１０（Ｂ）は、突起部７２の圧力を２成分に分解して示す断面図である。弾性部材６１は曲面部にて複数の突起部７２を有しており、圧力センサ６４は曲率を持つ外観形状に対応するオフセット位置に配置されていない。圧力検出エリア内の圧力センサ６４はほぼ平面形状であるため、少なくとも１つの突起部７２と圧力センサ６４との間に成す角度が垂直ではなくなる。図１０（Ｂ）では、３つの突起部７２１，７２２，７２３の例を示す。

突起部７２１は圧力センサ６４に対して垂直であり、圧力センサ６４における接触位置での法線方向に延在する。一方で、突起部７２２、７２３はいずれも、圧力センサ６４に対して垂直ではなく、圧力センサ６４における接触位置での法線方向に対して傾いている。

図１０（Ｂ）に矢印で示す圧力７３は、圧力センサ６４に対して垂直ではない突起部７２２が伝える圧力を表し、２つの成分７４と７５に分解される。第１の成分７４は、圧力センサ６４に垂直な方向の成分、つまり、圧力７３を圧力センサ６４の法線方向に射影した成分である。第２の成分７５は、圧力センサ６４に平行な方向の成分、つまり圧力７３を圧力センサ６４の接線方向に射影した成分である。圧力センサ６４に配線される導体パターン１７０の変形に寄与する成分、すなわち圧力センサ６４が検出できる成分は、圧力センサ６４に垂直な方向の成分７４である。従って、圧力センサ６４の検出値は、圧力センサ６４に垂直な方向の成分７４に対応する値であり、突起部７２２が伝える圧力７３の値を検出値から算出することができる。

図１０（Ｂ）の突起部７２２は、圧力センサ６４の面における法線方向に対して、角度（θと記す）をもって動作する。ユーザが手指等で加える圧力７３の値をＦと表記し、突起部７２２上の弾性部材６１に圧力が加えられたときに圧力センサ６４が検出する圧力の値をｆと表記する。圧力７３の値Ｆは、検出圧力値ｆと余弦関数cosθにより、下記式（２）で表される。

突起部７２と、圧力センサ６４の押圧位置での法線方向とが成す角度θに応じて、圧力センサ６４が検出したｆをＦに換算することで、ユーザが加えた圧力の値を導出できる。圧力センサ６４は平面状に配置されているので、曲面状の場合と比較して、圧力と電気抵抗値の変化との関係が一意的である。よって、ＦＰＣの配置が困難な、球面形状の外観の部分においても、より高精度で圧力値を検出することが可能となる。

カメラ１００のグリップ部６０に上記の構成を適用する場合、外装部材６５と圧力センサ６４との間に静電容量センサ６３を配置することで、ユーザの手指等の接触位置を検出することができる。

本実施形態によれば、外観面が曲面形状であっても、衝撃に強く、押圧力の検出をより高い精度で行うことが可能な操作入力装置を提供することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

６０ グリップ部
６１ 第１の弾性部材
６２ 第２の弾性部材
６３ 静電容量センサ
６４ 圧力センサ
６５ 外装部材
６５ａ 凹部
６９ 空間部
７０ 押圧体
１００ デジタルカメラ

Claims (13)

1. 第１および第２の弾性部材と、
   圧力を検出する第１の検出手段と、
   外装部材と、を有する操作入力装置であって、
   前記第１の検出手段は導体が配線されて、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間に位置しており、
   前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材は硬さまたは厚さが異なり、
   前記第１の弾性部材は曲面形状であって、前記第１の検出手段の側に突起部を有し、
   前記突起部が前記第１の検出手段に対して押圧したときの前記導体の電気抵抗値の変化を前記第１の検出手段が検出する
   ことを特徴とする操作入力装置。
2. 前記操作入力装置の外表面から、前記第１の弾性部材、前記第１の検出手段、前記第２の弾性部材、前記外装部材の順に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
3. 前記第１の弾性部材と前記第１の検出手段または前記第２の弾性部材との間に、静電容量を検出する第２の検出手段を有する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の操作入力装置。
4. 前記第２の弾性部材は、前記第１の弾性部材よりも硬いか、または厚みが大きい
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の操作入力装置。
5. 前記外装部材は凹部を有し、前記凹部の深さは前記第２の弾性部材が変形したときの最大変形量よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の操作入力装置。
6. 前記凹部の幅は、前記第１の弾性部材が押圧体により押圧されるときの接触幅よりも大きい
   ことを特徴とする請求項５に記載の操作入力装置。
7. 複数の前記突起部のいずれかが、前記第１の検出手段に対して押圧する方向は、前記第１の検出手段における押圧位置での法線方向に対して角度をなす方向である
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の操作入力装置。
8. 複数の前記突起部が前記第１の検出手段に対して押圧する範囲に対応する、前記第１の検出手段の部分は、前記第１の弾性部材の曲面形状に比べて曲率半径が大きい
   ことを特徴とする請求項７に記載の操作入力装置。
9. 前記第１の検出手段は、前記角度に対応する圧力値を検出する
   ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の操作入力装置。
10. 前記第１の弾性部材に加えられる圧力値が一定である場合、前記第１の検出手段が検出する圧力値は、前記角度が大きいほど小さい
    ことを特徴とする請求項９に記載の操作入力装置。
11. 前記操作入力装置の外表面から、前記第１の弾性部材、前記外装部材、前記第１の検出手段の順に配置され、
    前記外装部材と前記第１の検出手段との間に、静電容量を検出する第２の検出手段が配置されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
12. 前記第１の弾性部材は前記外装部材と接する規制部を有する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の操作入力装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の操作入力装置を把持部に備える
    ことを特徴とする電子機器。
    

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