KR20030043673A - 입력장치 - Google Patents

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KR20030043673A
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타나베요시히로
츠구이히데시
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오므론 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 구성이 간단하고 박형인데도 불구하고 소형이며 게다가 값싸게 제작 가능한 입력장치를 제공하는 것으로서, 이를 위한 수단으로서, 적어도 하나의 1차 전극(2)과 복수의 2차 전극(3)을 동일면 내에 형성한다. 양 전극의 표면측에 위치하는 도전체(8)에 의해 변화되는 상기 1차 전극(2)과 상기 2차 전극(3)간의 정전용량의 차이에 의거하여 상기 도전체(8)의 위치를 특정한다.

Description

입력장치{Input Device}
본 발명은 포인팅 디바이스 등으로서 이용 가능한 정전용량식의 입력장치에 관한 것이다.
(종래의 기술)
종래, 정전용량식의 입력장치로서, 예를 들면 다음과 같은 구성의 것이 공지되어 있다.
일본 특허공개2000-357050호 공보에는, 비틀림 변형부를 조작하여 가동 전극을 경사시킴으로서, 대향하는 복수 전극간의 정전용량의 변화를 검출하는 구성이 개시되어 있다.
일본 특허 공개평8-5481호 공보에는, 기판의 중앙부에 송신 전극, 그 주위의 X방향 및 Y방향에 수신 전극을 배치하고, 이들의 윗쪽에서 이동전극을 이동시킴으로서, 각 전극과의 대향 면적의 변화를 정전용량으로서 검출하고, 외부로부터의 힘의 크기 및 방향을 측정하도록 한 구성이 개시되어 있다.
그러나 상기 종래의 입력장치에서는, 전극을 상하 방향에 대향시켜야 하기 때문에 두께 치수가 커지는 동시에, 비틀림 변형부나 이동전극과 같은 기구 부품이 필요하게 된다. 이 때문에 부품 개수가 증대하여 구성이 복잡해지고, 조립 작업성이 악화될 뿐만 아니라 손상되기 쉽고 게다가 고가인 것으로 된다.
그래서 본 발명자들은, 한 쌍의 전극을 동일면 내에 배치하는 경우라도, 그 표면에 도전체를 위치시킴으로서 양 전극간의 정전용량이 변화되는 점에 착안하여 본 발명에 이르게 되었다.
즉, 본 발명은 구성이 간단하고, 박형인데도 불구하고 소형이며 게다가 값싸게 제작할 수 있는 입력장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
(과제를 해결하기 위하는 수단)
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하는 수단으로서, 적어도 하나의 1차 전극과 복수의 2차 전극을 동일면 내에 형성하고, 상기 양 전극의 표면측에 위치하는 도전체에 의해 변화되는 상기 1차 전극과 상기 2차 전극간의 정전용량의 차이에 의거하여 상기 도전체의 위치를 특정하도록 한 것이다.
본 구성에 의해, 양 전극의 표면측에서 도전체를 이동시키면 1차 전극과 2차 전극의 위치 관계가 특정되어 있기 때문에, 1차 전극과 2차 전극간에 있어서의 정전용량의 변화에 의거하여 도전체의 이동 속도나 이동 위치를 검출할 수 있다. 공통의 1차 전극과 각 2차 전극간의 정전용량의 변화에 의거하여 도전체의 위치를 특정하고 있기 때문에, 단순히 복수의 전극간에서의 정전용량을 검출하는 경우에 비해 검출 정밀도를 높일 수 있다.
상기 양 전극의 표면에 조작면을 구성하는 제 1 절연층을 형성하면, 전극의 오염을 방지하면서 조작성을 높이는 것이 가능하게 되는 점에서 바람직하다.
상기 양 전극의 이면측에 제 2 절연층을 사이에 두고 접지층을 형성하면, 조작면측에서의 정전용량의 변화를 정확하게 파악하는 것이 가능하게 되는 점에서 바람직하다.
상기 1차 전극과 상기 2차 전극간의 정전용량의 총합을 산출하고, 해당 정전용량의 총합의 변화에 의거하여 상기 도전체의 유무를 검출하도록 하여도 좋다.
상기 제 2 절연층을 감압에 의해 유전율을 변화시키는 재료로 구성하면, 상기 도전체에 의한 압입 상태를 검출하는 것이 가능하게 되는 점에서 바람직하다.
적어도 상기 제 1 절연층을 투광성을 갖는 재료로 구성하면, 전극 위치를 조작면측에서 눈으로 보는것이 가능하게 되는 점에서 바람직하다.
전체를 돔 형상으로 형성하면, 중앙부로부터의 조작 방향이나 조작 위치의 판별이 용이하게 되는 점에서 바람직하다.
상기 양 전극의 이면측에 회로 기판을 일체적으로 마련하면, 컴팩트한 구성으로 하는 것이 가능하게 되는 점에서 바람직하다.
상기 1차 전극과 상기 2차 전극을 나무가지 형상으로 각각 형성하고 서로 파고들어간 상태로 배치하면, 도전체의 유무의 검출 정밀도를 높이는 것이 가능하게 되는 점에서 바람직하다.
상기 1차 전극을 고리형상으로 형성하고 상기 각 2차 전극을 상기 1차 전극에 따라서 형성하면, 도전체를 전극에 따라서 회전시킨 때의 이동 위치도 검출 가능하게 된다.
상기 양 전극을 구비하고, 표면 유전체의 위치를 양 전극간의 정전용량의 변화에 의거하여 검출하는 검출부와, 해당 검출부의 압입 조작을 검출하는 수단을 구비한 실장부와, 검출부 및 실장부를 압입 가능하게 지지하는 베이스부로 이루어지고, 부베이스부에, 상기 검출부의 각 전극에 항상 압접하도록 탄성 변형 가능한 전극 단자를 구비하면, 콤팩트한 구성이고, 고정밀도로 가공하는 것이 가능하게 되는 점에서 바람직하다.
상기 검출부는, 전극간의 정전용량의 변화에 의거하여 유전체의 위치를 연산하는 연산 수단과, 해당 연산 수단에서 연산한 결과를 출력하는 외부 단자를 구비하도록 하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 입력장치의 단면도.
도 2는 본 실시 형태에 관한 입력장치의 평면도.
도 3은 본 실시 형태에 관한 입력장치의 분해 사시도.
도 4는 도 1에 도시한 입력장치를 사용할 때의 회로 구성예를 도시한 블록도.
도 5는 입력장치의 1차 전극 및 2차 전극의 다른 배치예를 도시한 평면도.
도 6은 입력장치의 1차 전극 및 2차 전극의 다른 배치예를 도시한 평면도.
도 7은 입력장치의 1차 전극 및 2차 전극의 다른 배치예를 도시한 평면도.
도 8은 입력장치의 1차 전극 및 2차 전극의 다른 배치예를 도시한 평면도.
도 9는 입력장치의 1차 전극 및 2차 전극의 다른 배치예를 도시한 평면도.
도 10은 다른 실시 형태에 관한 입력장치의 단면도.
도 11은 다른 실시 형태에 관한 입력장치의 분해 사시도.
도 12는 도 11의 베이스부의 분해 사시도.
도 13의 (a)는 도 12의 평면도, (b)는 그 A-A선 단면도.
도 14는 도 11의 검출부의 분해 사시도.
도 15는 도 11에 도시한 입력장치를 사용할 때의 회로 구성예를 도시한 블록도.
도 16의 (a)는 다른 예에 관한 전극과 단자와의 접속 구조를 도시한 평면도, (b)는 그 단면도.
도 17은 도 11에 도시한 입력장치를 휴대 전화에 채용한 예를 도시한 평면도.
도 18은 다른 실시 형태에 관한 입력장치의 분해 사시도.
도 19는 다른 실시 형태에 관한 입력장치의 분해 사시도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 제 1 절연층 2 : 1차 전극
3 : 2차 전극 4 : 제 2 절연층
5 : 접지층 6 : 제 3 절연층
7 : 조작면 8 : 도전체
이하, 본 발명에 관한 실시 형태를 첨부 도면에 따라 설명한다.
도 1 내지 도 3은 제 1 실시 형태에 관한 입력장치를 도시한다. 이 입력장치는 평면으로 보아 사각형의 박판 형상이고, 조작면(7)측으로부터 제 1 절연층(1), 1차 전극(2) 및 2차 전극(3)(3a, 3b, 3c, 3d), 제 2 절연층(4), 접지층(5) 및 제 3 절연층(6)으로 구성되어 있다,
제1 절연층(1)은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)나 폴리이미드 등의 절연 재료를 두께 약 0.1㎜로, 1변 20㎜의 정사각형으로 형성한 것으로, 그 표면이 조작면(7)이다.
1차 전극(2) 및 2차 전극(3)은, 동일면 내에, 구리 등의 도전성 재료를 두께 약 10㎛으로 형성한 것이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 1차 전극(2)은 대각선 방향으로 늘어나는 십자 형상이고, 2차 전극(3)은, 1차 전극(2)의 사이에 소정의 간극 치수를 두고 배설되는 삼각형 형상이다. 양 전극(2, 3) 사이에는 도시하지 않은 전원으로부터 전압이 인가된다.
제2 절연층(4) 및 제 3 절연층(6)은 상기 제 1 절연층(1)과 같은 절연 재료를 두께 20 내지 3O㎛으로 형성한 것이다.
접지층(5)은, 구리 등의 도전성 재료를 두께 약 10㎛으로 형성한 것으로, 상기 제 1 절연층(1)의 조작면(7)에 도전체(8)(여기에서는, 손가락)가 위치함에 따른1차 전극(2)과 2차 전극(3)간의 정전용량의 변화를 적절하게 검출하기 위해 마련되어 있다.
상기 구성의 입력장치는, 예를 들면, 제 1 절연층(1)의 이면에, 1차 전극(2) 및 2차 전극(3), 제 2 절연층(4), 접지층(5) 및 제 3 절연층(6)을, 프린트 인쇄, 스퍼터링 등에 의해 순차적으로 형성하고, 1차 전극(2), 2차 전극(3) 및 접지층(5)을 도 4에 도시한 전자 회로에 접속함으로써 간단하게 완성할 수 있다. 완성한 입력장치에서는, 상당히 얇은 각 층을 기존의 방법에 의해 적층한 것만의 구성이다. 이 때문에 박형인데도 불구하고 소형이며 게다가 값싸게 제작할 수 있다. 또한 1차 전극(2)과 2차 전극(3)은 그들간의 윗쪽 영역(제1 절연층(1)을 포함한다)을 유전체로 하는 콘덴서로서 작용한다. 이 때문에, 조작면(7)에 도전체(8)가 위치하면, 1차 전극(2)과 각 2차 전극(3)간의 정전용량이 각각 변화하기 때문에, 이 변화에 의거하여 후술하는 바와 같이 하여 도전체(8)의 위치를 특정하는 것이 가능하다.
상기 구성의 입력장치는, 예를 들면 도 4에 도시한 다음과 같은 회로 구성에 의해, 포인팅 디바이스, 휴대폰, 정보 단말(PDA) 등에서 사용할 수 있다.
도 4에서는, 1차 전극(2)과 각 2차 전극(3a, 3b, 3c, 3d)간의 정전용량을, C/V 변환 회로(140)(정전용량/전압 변환 회로)(9a, 9b, 9c, 9d)를 통하여 연산 회로(10a, 10b, 10c)에 받아넣도록 하고 있다. 그리고 도전체(8), 예를 들면 손가락이 조작면(7)에 위치하고 있는지의 여부는, 1차 전극(2)과 각 2차 전극(3a, 3b, 3c, 3d)간의 정전용량의 총합(평균치라도 좋다)의 변화에 의거하여 검출한다. 실제로는, C/V 변환 회로(140)(9a, 9b, 9c, 9d)에 의해 정전용량을 전압치(VA, VB, VC, VD)로 변환하고, 제 3 연산 회로(10c)에서 그 전압치(VA, VB, VC, VD)를 총합하여, 그 값이 기준치보다도 커지면 조작면(7)에 손가락이 위치하고 있다고 판단하고, 역으로 작아지면 위치하지 않다고 판단한다.
또한 조작면(7)에서의 손가락의 위치에 의해 1차 전극(2)과 각 2차 전극(3a, 3b, 3c, 3d)간에서 정전용량이 상위하다. 상세하게는, 1차 전극(2)과 2차 전극(3a 및 3b)간의 정전용량(CA및 CB)은 손가락이 조작면(7)의 중심으로부터 도 2의 좌우(X방향)의 어디에 위치하고 있는지에 따라 값이 상위하다. 또한 1차 전극(2)과 2차 전극(3c 및 3d)간의 정전용량(CC및 CD)은 손가락이 조작면(7)의 중심으로부터 도 2의 상하(Y방향)의 어디에 위치하고 있는지에 따라 값이 상위하다. 그래서 C/V 변환 회로(140)(9a 및 9b)에서 변환된 전압치(VA및 VB)의 차에 의거하여 연산 회로(10a)에 의해 도전체(8)의 X방향의 위치를 검출한다. 전압치 VA가 VB보다도 크면 도전체(8)는 우측에 위치하고, 역으로 전압치 VB가 VA보다도 크면 좌측에 위치하고 있다고 판단되고, 그 차의 크기로부터 우측의 어느 위치에 있는지 특정된다. 또한 C/V 변환 회로(140)(9c 및 9d)에서 변환된 전압치(VC및 VD)의 차에 의거하여 연산 회로(1Ob)에 의해 도전체(8)의 Y방향의 위치를 검출한다. 전압치 VC가 VD보다도 크면 도전체(8)는 우측에 위치하고, 역으로, 전압치 VD가 VC보다도 크면 좌측에 위치하고 있다고 판단되고, 그 차의 크기로부터 좌측의 어느 위치에 있는지가 특정된다. 또한 도전체(8)의 이동에 따라 순차적으로 1차 전극(2)과 각 2차 전극(3a, 3b, 3c, 3db)간의 정전용량이 변화하기 때문에, 이 정전용량의 변화율에 의거하여 도전체(8)의 이동 속도도 특정할 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 전극(2, 3)을 배치하도록 하였지만, 도 5 내지 도 9에 도시한 바와 같이 배치하여도 좋다.
도 5에서는, 1차 전극(2) 및 2차 전극(3a, 3b, 3c, 3d)에 나무가지 형상(여기서는 머리빗 형상)의 제 1 연설부(延設部)(11a) 및 제 2 연설부(11b)를 각각 형성하고, 그들이 각 영역에 파고들어가서 서로 간섭하지 않도록 인접되어 배치되어 있다. 이에 의하면, 조작면(7)의 어느 장소에 도전체(8)를 위치시켰다고 하더라도 그 도전체(8)의 대향 부분에는 필히 1차 전극(2)이 위치하게 된다. 따라서 1차 전극(2)과 각 2차 전극(3a, 3b, 3c, 3d)간의 정전용량의 총합을 정확하게 검출하는 것, 즉 조작면(7)에 도전체(8)가 위치하는지 여부의 판단을 적절하게 행하는 것이 가능하게 된다.
도 6에서는, 2차 전극(3)(3a, 3b, 3c, 3d)은 1차 전극(2)의 중심으로부터 지름 방향으로 각각 2분할되어 있다. 이로 인해, 1차 전극(2)의 중심으로부터 벗어난 외주측의 넓은 영역에 걸쳐서 정밀도 좋게 도전체(8)의 위치를 검출하는 것이 가능하게 된다. 또한 2차 전극(3)을 지름 방향으로 분할하는 수는, 2분할에 한하지 않고, 3분할 이상으로 하는 것도 가능하다.
도 7에서는, 1차 전극(2)은 중심으로부터 8방향에 늘어나고, 각 연설부(12)사이에 2차 전극(3)(3a 내지 3h)이 각각 배치되어 있다. 즉 2차 전극(3)은 8분할되어 배치되어 있다. 이로 인해, 상기 실시 형태와 같은 2방향(X방향 및 Y방향)의 판별에 비하여 도전체(8)가 1차 전극(2)의 중심부로부터 어느 방향에 위치하고 있는지를 보다 더한층 정확하게 검출하는 것이 가능하게 된다.
도 8에서는, 1차 전극(2)이 고리형상으로 형성되고, 그 외주연에 따라서 4개소 등분으로 2차 전극(3)(3a 내지 3d)이 형성되어 있다. 이에 의하면, 양 전극(2, 3)에 따라서 도전체(8)를 회전 이동시키면, 그 회전 방향 및 회전 위치를 검출할 수 있기 때문에, 예를 들면 비디오의 리모트 콘트롤에 채용하여 빨리 보내기나 되감기 기능을 발휘시키는 것도 가능하다.
도 9의 (a) 내지 (d)에는, 도전체(8)의 Y방향의 이동만을 검출 가능하게 한 전극(2, 3)의 배치예가 도시되어 있다. 도 9의 (a)에서는, 1차 전극(2)의 상하에 2차 전극(3)이 배치되어 있다. 도 9의 (b)에서는, 상하로 배치한 2차 전극(3)의 양측에 1차 전극(2)이 배치되어 있다. 도 9의 (c)에서는, 1차 전극(2)이 비스듬하게 배치되고, 2차 전극(3)은 1차 전극(2)에 따라서 한쪽으로부터 다른쪽을 향하여 서서히 폭 치수가 작아지도록 형성되어 있다. 도 9의 (d)에서는, 2차 전극(3)의 대향 테두리가 비스듬하게 형성되고, 이들 2차 전극(3)의 양측에 1차 전극(2)이 배치되어 있다. 이들의 배치예에 의하면, 상하 어느 한쪽으로 도전체(8)를 슬라이드 이동시킴에 의해, 마우스 휠로서의 기능(화면에 있어서의 스크롤 기능 등)을 발휘시킬 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는, 접지층(5)은 1차 전극(2)과 2차 전극(3)간의 정전용량의 변화를 적절하게 검출하기 위해 마련하였을 뿐이지만, 제 2 절연층(4)을 감압에 의해 유전율을 변화시키는, 예를 들면 질화알루미늄(AlN) 등으로 구성함으로써, 조작면(7)의 압입의 유무를 검출할 수 있도록 하여도 좋다. 즉, 전극(2, 3)과 접지층(5)간에 있어서의 정전용량의 변화를 검출하면, 조작면(7)이 압입되었는지 여부를 검출할 수 있고, 예를 들면 화면의 스크롤을 연속적에 행하게 하는 등의 다른 기능을 부가하는 것이 가능하게 된다.
또한 상기 실시 형태에서는, 제1 절연층(1)이나 전극(2, 3) 등을 불투명한 재료로 구성하도록 하였지만, 적어도 제 1 절연층(1)을 투광성을 갖는 재료로 구성하도록 하여도 좋다. 이에 의하면, 전극 배치를 보아서 인식하는 것이 가능하게 되는 외에, 보아서 인식하는 것이 가능한 영역에, 여러가지의 표시를 시행하거나 액정 화면으로 구성함에 의해 여러가지의 용도에 사용 가능하게 된다.
또한 상기 실시 형태에서는, 조작면(7)을 평탄면으로 하였지만, 도 10의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 돔 형상으로 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 제 1 절연층(1)에 순차적으로 전극(2, 3) 등을 형성하여 평판 형상으로 한 후, 프레스 가공 등에 의해 돔 형상으로 하면 좋다. 이것에 의하면, 조작면(7)의 중심 위치나 도전체(8)의 조작 방향을 감각적으로 인식할 수 있어서 조작성이 좋다. 또한 제 3 절연층(6)의 하면에 형성된 공간에는 입력장치의 변형을 방지하기 위해, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 동 형상의 기대(基台)(13)를 형성하도록 하여도 좋지만, 기대(13)를 평탄하게 하여 공간을 형성함으로써 입력장치의 변형을 가능하게 하여도 좋다. 이에 의하면, 제 3 절연층(6)과 기대(13)에 접점(14a, 14b)(전극(2, 3)과같은 층이면 좋다)을 각각 형성하고, 이들 접점(14a, 14b)의 개폐에 의해 입력장치가 가압되었는지 여부를 검출하도록 하여도 좋다.
또한 상기 실시 형태에서는, 1차 전극(2)과 2차 전극(3)간의 정전용량을 C/V 변환 회로(140)(9a 내지 9d)에 의해 전압치로 변환하도록 하였지만, C/F 변환 회로(정전용량/주파수 변환 회로)에 의해 주파수로 변환하거나, 지연 회로에 의해 지연 시간으로 변환하거나 하는 것도 가능하다. 특히 지연 회로를 채용하면 회로 구성을 간략화 할 수 있다는 이점이 있다.
또한 상기 실시 형태에서는, 전자 회로를 입력장치와는 별도로 마련하도록 하였지만, 상기 제 3 절연층(6) 대신에, 전자 회로를 형성한 기판을 일체화 하도록 구성하는 것도 가능하다. 이에 의하면, 콤팩트하게 구성하는 것이 가능하게 된다.
도 11은 제 2 실시 형태에 관한 입력장치를 도시한다. 이 입력장치는 베이스부(100), 실장부(102) 및 검출부(104)로 구성되어 있다.
베이스부(100)는, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 중앙부에 관통 구멍(100a), 그 주위의 복수 개소에 단자 지지부(106)가 각각 형성되어 있다. 관통 구멍(100a)에는 IC 칩(108)이 배설된다. 1C 칩(108)에서는, 후술하는 바와 같이, 검출면에서의 손가락의 위치 검출을 행한다. 단자 지지부(106)는, 외부 단자(110)가 배설되는 제 1 단자 지지부(111)와, 전극 단자(112)가 배설되는 제 2 단자 지지부(113)로 이루어진다. 제 1 단자 지지부(111)는, 베이스부(100)의 상면으로 개구하는 사각형 형상의 오목부(111a)와, 이 오목부(111a)로부터 베이스부(100)의 하면으로 관통하는 사각형 구멍(111b)으로 구성되어 있다. 제 2 단자 지지부(113)는,상기 제 1 단자 지지부(111a)와 같은 오목부(113a) 및 사각형 구멍(113b)과, 상하면을 연통하는 연통 구멍(113c)과, 하면에 형성되고 사각형 구멍(113a)과 연통 구멍(113b)을 접속하는 홈부(113d)로 구성되어 있다. 홈부(113d)는, 연통 구멍(113b)을 향함에 따라 서서히 상면측으로 경사되어 있다. 외부 단자(110)는, 사각형 구멍(113b)에 삽통되어 절곡됨으로써 오목부(113a) 내에서 위치 결정되는 접촉부(110a)와, 베이스부(100)의 하면에서부터 외경측으로 연장되는 단자부(110b)로 이루어진다. 전극 단자(112)는, 사각형 구멍(113b)에 삽입통하여 절곡됨으로써 오목부(113a) 내에서 위치 결정되는 지지부(112a)와, 홈부(113d) 내로 연장되어 2갈래로 나누어지고, 연통 구멍(113c)을 관통하여 윗쪽으로 돌출되는 압접부(112b)로 구성되어 있다. 또한 베이스부(100)의 상면에는, 3개소에 위치 결정 돌출부(114)가 각각 돌출되고, 외주연 4개소가 노치됨으로써 걸림 받침부(116)가 형성되어 있다.
실장부(102)는, 원반 형상의 기판(117)의 중앙부 1개소 및 외주부 4개소에 택타일 스위치(118 : tactile switch)를 각각 실장한 것이다. 기판(117)의 외주연에는, 상기 전극 단자(112)의 압접부와의 간섭을 피하기 위한 제 1 노치부(120)와, 3개소에 상기 위치 결정 돌출부(114)가 걸어맞추어져 베이스부(100)에 대한 회전 방향의 위치 결정을 행하기 위한 제 2 노치부(122)가 형성되어 있다.
검출부(104)는, 도 14에 도시한 바와 같이, 검출층(124), 전극층(126) 및 지지층(128)으로 구성되어 있다. 검출층(124)은, 절연 재료로 이루어지고, 중앙부 개구(125)가 형성되고, 외주부에는 걸림 돌출부(130)가 각각 마련되어 있다.검출부(104)는, 걸림 돌출부(130)를 상기 베이스부(100)의 각 걸림 받침부(116)에 걸림에 의해, 상기 기판(117)에 대해 접리 가능하게 된다. 전극층(126)은, 중앙 개구부(127)의 주위에 제 1 내지 제 5 전극부(132a 내지 132e)를 구비한다. 제 1 전 극부(132a)는 본 발명에 관한 1차 전극을 구성하고, 중앙 개구부(133)의 주위에 형성되는 고리형상부(134)와, 이 고리형상부(134)로부터 방사상으로 4개소 등분으로 늘어나는 직선부(136)로 이루어진다. 제 2 내지 제 5 전극부(132b 내지 132e)는 본 발명에 관한 2차 전극을 구성하고, 고리형상부(134)와 직선부(136)로 구획된 각 영역에 배치되어 있다. 지지층(128)은, 방수 고무 시트로 이루어지고, 중앙부에 버튼 플런저(138)가 마련되어 있다. 버튼 플런저(138)는, 상기 양 중앙 개구부(125, 127) 내에 위치하고 검출층(124)의 표면에 노출하고, 압입 조작에 의해 상기 실장부(102)의 택타일 스위치(118)를 구동한다. 또한 지지층(128)의 외주부 4개소에는 개구부(129)가 형성되고, 상기 베이스부(100)에 마련한 각 전극 단자(112)의 압접 부(112b)가 제 2 내지 제 5 전극부(132b 내지 132e)에 각각 압접 가능하게 되어 있다.
상기 구성의 입력장치는, 예를 들면, 도 15에 도시한 회로 구성에 의해, 휴대 전화 등의 여러가지의 용도에 사용할 수 있다.
도 15에서는, 제 1 전극부(132a)와 제 2 내지 제 5 전극부(132b 내지 132e)간의 각 정전용량은, 제 1 내지 제 4 C/V 변환 회로(140a 내지 140d)를 통하여 제 1 연산 회로(142)에 입력된다. 제 1 연산 회로(142)에서는, 상기 제 1 실시 형태와마찬가지로, 제 1 내지 제 4 C/V 변환 회로(140a 내지 140d)로부터의 출력 전압(VA내지 VD)에 의거하여 검출부(104)의 표면에서 손가락이 X, Y, Z방향의 어디에 위치하고 있는지를 연산한다. 즉, 제 1 및 제 2 C/V 변환 회로(140a 및 140b)로부터의 입력 전압의 차(VA- VB)에 의거하여 X방향의 위치를 검출하고, 제 3 및 제 4 C/V 변환 회로(140c 및 140d)로부터의 입력 전압의 차(VC- VD)에 의거하여 Y방향의 위치를 검출하고, 제 1 내지 제 4C/V 변환 회로(140a 내지 140d)로부터의 입력 전압의 합 또는 평균치에 의거하여 Z방향의 위치를 검출한다. 또한 제1 연산 회로(142)에서의 연산 결과에 따라, 제 2 연산 회로(144)에서는, 손가락의 이동, 여기에서는 원주 방향의 이동을 연산한다. 즉, 제 1 연산 회로(142)에서 얻어진 X, Y방향의 손가락의 위치 데이터를 판독하고, 이 위치 데이터에 의거하여 기준 위치(여기서는 X축의 플러스측)로부터의 각도를 산출한다. 그리고, 얻어진 각도 데이터를 일정 시간 마다 비교함으로써, 회전 방향 및 회전 속도를 구한다. 이 결과는, 예를 들면, 휴대 전화에 탑재된 전화번호부의 스크롤이나, 비디오 카세트 장치의 리모트 콘트롤에 의한 빨리 보내기 등에 이용할 수 있다.
또한 상기 구성의 입력장치는, 택타일 스위치(118)를 구비하고 있기 때문에, 검출부(104)의 표면에서의 손가락의 이동 조작뿐만 아니라, 압입 조작을 행하는 것이 가능하다. 즉, 검출층(124)의 압입 조작에 의해 대응하는 택타일 스위치(118)를 온·오프 시킴으로써, 예를 들면 화면상에서 마우스 포인터의 이동 속도를 다르게 할 수 있는 경우 등에 이용할 수 있다. 이 사이, 전극층(126)의 각 전극(132a 내지132e)에는 전극 단자(112) 자신의 스프링력에 의해 압접부(112b)가 압접되어 전기적으로 도통한 상태로 유지된다.
상기 택타일 스위치(118) 대신에 하중 센서를 마련하도록 하면, 압입력의 크기의 차이도 반영시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 즉, 택타일 스위치(118)에서는, 온 또는 오프의 어느 한쪽으로 전환할 뿐이지만, 하중 센서에서의 검출 신호에 의거하여 무단계로 전환 가능한 구성을 채용하여도 좋다.
또한 상기 전극 단자(112) 대신에 도 16에 도시한 바와 같이, 전극(132b 내지 132e) 자신에 탄성 변형 가능한 단자부(150)을 마련하도록 하여도 좋다. 즉, 지지층(128)의 상면에 위치하는 제 2 내지 제 5 전극(132b 내지 132e)의 일부를 지지층(128)의 외주측에서부터 하면측으로 연장하여 단자부(150)로 하고, 그 선단에는 아래쪽을 향하여 돌출하는 접점부(151)을 형성하여 베이스부(100)의 압접 단자(112)에 압접시키도록 하여도 좋다.
도 17은 상기 입력장치를, 예를 들면 휴대 전화(도 17의 (a) 참조)에 채용한 경우의 예를 도시한다.
즉 화면상에 지도를 표시시키고, 검출부(104)의 표면에서 손가락을 이동시킴에 의해 지도의 표시 위치를 이동시키기 위한 기능으로서 이용한다(도 17의 (b) 참조). 이에 의하면, 검출부(104)의 표면에서의 손가락의 이동량에 대응시켜서 지도의 표시 위치를 이동시킬 수 있기 때문에, 종래와 같은 키 조작에 비하여 조작성을 현격하게 향상시키는 것이 가능하다.
또한 화면상에 전화번호나 어드레스 등의 등록 데이터를 표시시키고,검출부(104)의 표면에서 손가락을 회전 이동시킴에 의해, 등록 데이터의 스쿠롤 속도를 조정하기 위한 기능으로서 이용한 것도 가능하다(도 17의 (c) 참조). 이에 의하면, 등록 데이터의 스크롤을 소망 속도로 행할 수 있고, 목적으로 하는 데이터의 검색을 상당히 용이하게 행하는 것이 가능하게 된다.
또한 화면상에 오십음도를 표시시키고, 문자 데이터를 선택하거나(도 17의 (d) 참조), 비스듬한 선이나 문자를 직접 표시시키거나(도 17의 (e) 참조), 게임 화면에서의 조작을 행하게 하거나(도 17의 (f) 참조) 하는 경우 등에도 이용 가능하다. 특히 문자를 직접 표시시키는 경우에는 개인 인증용으로서 이용할 수 있다.
즉 휴대 전화에서는, 마음대로 타인에게 사용되는 것을 방지하기 위해 인증 기능으로서 비밀번호의 입력을 행하도록 한 것이 있는데, 여기서는 검출부에서의 손가락 등의 이동(위치, 이동 방향, 이동 속도, 가압력 등)에 의거하여 식별 가능하게 되어있다. 단, 이 경우, 화면에의 표시는 반드시 필요로 하지는 않는다.
또한 상기 제 2 실시 형태에 관한 입력장치에서도, 상기 제 1 실시 형태에 관한 것과 마찬가지로, 검출층(124)을 투광성을 갖는 재료로 구성하거나, 검출부(104)를 돔 형상으로 형성하거나, C/V 변환 회로(140) 대신에 C/F 변환 회로(정전용량/주파수 변환 회로)를 채용하는 등의 변경이 가능하다.
또한 상기 제 2 실시 형태에 관한 입력장치에서는, 택타일 스위치(118) 또는 하중 센서를 내장하는 구성으로 하였지만, 상기 제 1 실시 형태와 같은 구성으로 하고, 택타일 스위치(118) 등은 기판에 실장하고, 단자나 플렉시블 배선에 의해 푸린트 기판측에 전기 접속하도록 하여도 좋다.
도 18은 단자에 의해 접속하도록 한 구성을 도시한다. 이것에서는, 단자(200)를 갖는 기대(201)상에 전극 패턴이 형성된 다층 기판(202)이 배설되고, 기대(201)의 중앙 개구부 내에 테두리체(203)를 통하여 배설한 IC 칩(204)과 전기 접속되어 있다. 다층 기판(202)은 원호 형상의 노치(205)에 의해 중앙부와 외연부로 구획되고, 기대(201)에 장착되는 외테두리(206)과 내테두리(207)에 의해 가이드 되어 있다. 이로 인해, 다층 기판(202)은, 중앙부와 외연부에서 독립하여 압입 조작 가능하다. 다층 기판(202)에 형성된 전극 패턴은, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 1차 전극과 2차 전극으로 이루어지고, 표면의 도전체의 위치에 의해 변화하는 정전용량에 의거하여 유전체의 위치를 특정할 수 있게 되어 있다. 기대(201)는, 도시하지 않은 방수 고무 시트를 사이에 두고 기판에 실장되고, 방수 고무 시트를 관통하여 탄성 변형 가능한 단자(200)가 기판상의 랜드에 전기 접속된다. 기판상에는 상기 실시 형태와 마찬가지로 다층 기판(202)의 중앙부와 외연부의 4개소에 대응하는 위치에 택타일 스위치가 실장되고, 다층 기판(202)의 각 위치에서의 압입 조작에 대해 온·오프하게 되어 있다.
도 19는 플렉시블 배선에 의해 접속하는 구성을 도시한다. 이것에서는, 다층 기판에 마련한 단자 대신에, 다층 기판에 일체화 한 플렉시블 배선(210)에 의해 기판과의 전기 접속이 행하여지는 이외는, 도 18에 도시한 구성과 거의 동일하다.
이상의 설명으로부터 명확한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 동일면 내에 형성한 1차 전극 및 2차 전극에 의해 구성할 수 있기 때문에, 박형이면서 소형이고 값싸게 제작할 수 있다. 또한 공통의 1차 전극과 각 2차 전극간의 정전용량의 변화에 의거하여 도전체의 위치를 특정하고 있기 때문에, 고정밀도로 검출하는 것이 가능하게 된다. 또한 부품 개수가 적고 구성이 간략화 되기 때문에, 고장나기 어렵고 장수명화를 도모하는 것이 가능하다. 게다가, 1차 전극에 대한 2차 전극의 위치나 형상을 자유롭게 설정할 수 있기 때문에, 용도에 따라 여러가지 종류의 다양한 조작이 가능하게 된다.

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 1차 전극과 복수의 2차 전극을 동일면 내에 형성하고, 상기 양 전극의 표면측에 위치하는 도전체에 의해 변화되는 상기 1차 전극과 상기 2차 전극간의 정전용량의 차이에 의거하여 상기 도전체의 위치를 특정하도록 한 것을 특징으로 하는 입력장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 양 전극의 표면에 조작면을 구성하는 제 1 절연층을 형성한 것을 특징으로 하는 입력장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 양 전극의 이면측에 제 2 절연층을 사이에 두고 접지층을 형성한 것을 특징으로 하는 입력장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 전극과 상기 2차 전극간의 정전용량의 총합을 산출하고, 해당 정전용량의 총합의 변화에 의거하여 상기 도전체의 유무를 검출하도록 한 것을 특징으로 하는 입력장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 절연층을 감압에 의해 유전율을 변화시키는 재료로 구성한 것을 특징으로 하는 입력장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 전극과 상기 2차 전극을 나무가지 형상으로 각각 형성하고, 서로 파고들어간 상태로 배치한 것을 특징으로 하는 입력장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 전극을 고리형상으로 형성하고, 상기 각 2차 전극을 상기 1차 전극에 따라서 형성한 것을 특징으로 하는 입력장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 양 전극을 구비하고, 표면의 유전체 위치를 양 전극간의 정전용량의 변화에 의거하여 검출하는 검출부와, 해당 검출부의 압입 조작을 검출하는 수단을 구비한 실장부와, 검출부 및 실장부를 압입 가능하게 지지하는 베이스부로 이루어지고, 베이스부에, 상기 검출부의 각 전극에 항상 압접하도록 탄성 변형 가능한 전극 단자를 구비한 것을 특징으로 하는 입력장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 검출부는, 전극간의 정전용량의 변화에 의거하여 유전체의 위치를 연산하는 연산 수단과, 해당 연산 수단에서 연산한 결과를 출력하는 외부 단자를 구비한 것을 특징으로 하는 입력장치.
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