KR20110128724A

KR20110128724A - 정전 용량식 입력 장치

Info

Publication number: KR20110128724A
Application number: KR1020110005303A
Authority: KR
Inventors: 다께시 미야사까; 마사히로 기노시따
Original assignee: 오무론 가부시키가이샤
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2011-11-30
Also published as: JP2011248439A; CN102262488A; TW201214255A

Abstract

휴대 정보 단말 등에 사용되는 입력 장치에 대하여, 복수 종류의 입력 조작을 손 끝으로 감각적이고 또한 확실하게 행할 수 있고, 장치의 박형화에도 이바지하도록 한다.
정전 용량의 변화에 기초하여 평면 상의 위치를 검출하기 위한 터치 전극(32a)을 상면에 갖는 동시에, 하면에는 상기 터치 전극(32a)을 위한 그라운드 전극(32b)을 갖는 터치 기판부(32)를 구비한다. 그리고, 이 터치 기판부(32)의 하방에 간극(51)을 두고, 상기 그라운드 전극(32b)에 대향하는 변위 전극(33a)을 구비한다. 이 변위 전극(33a)은, 상기 그라운드 전극(32b)과의 사이의 거리 축소에 의한 정전 용량의 변화에 기초하여 압박을 검출한다. 두께 방향에 일부를 공통으로 하여 겹쳐지는 방향 검출부 Ⅰ와 압박 검출부 Ⅱ를 구비하고, 이들에 의해 다양한 입력 조작을 가능하게 한다.

Description

정전 용량식 입력 장치 {ELECTROSTATIC CAPACITANCE TYPE INPUT DEVICE}

본 발명은, 예를 들어 휴대 전화나 PC(Personal Computer), PDA(Personal Digital Assistants), 텔레비전, 비디오 등의 전자 기기에 사용되는 정전 용량식 입력 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 복수 종류의 입력 조작이 손가락으로 감각적 또는 직감적으로 행할 수 있는 정전 용량식 입력 장치에 관한 것이다.

복수 종류의 입력 조작을 행할 수 있는 입력 장치로서는, 하기 특허문헌 1에 개시된 것이 있다. 이것은, 입력 검출면에서의 위치 지시구의 지시 위치의 좌표를 검출하는 위치 좌표 검출 장치와, 상기 입력 검출면으로의 위치 지시구의 압박력을 검출하는 압박력 검출 장치를 갖는 입력 장치이다.

그리고, 상기 위치 좌표 검출 장치는 광학식, 상기 압박력 검출 장치는 정전 용량식의 센서로 구성되어 있다.

그러나, 2종류의 검출 장치에서 검출 원리가 다르면, 이들을 다른 IC로 제어하는 것이 필요해지는 경우가 있다. 이 경우에는 비용이 들고, 소형화에도 지장을 초래하게 된다.

일본공개특허 제2000-347807호 공보

이와 같은 문제는, 위치 좌표 검출 장치와 압박력 검출 장치 2종류의 검출 장치를, 직감적으로 조작할 수 있어 입력 조작에 확실하게 반응하는 동일한 정전 용량식의 센서로 구성함으로써 해소된다.

그를 위해서는, 도 14의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(101)의 상면에 설치된 터치 전극(102)과, 상기 기판(101)의 하면에 설치된 제1 그라운드 전극(103)으로 상기 입력 좌표 검출 장치에 상당하는 위치 검출부(104)를 구성하고, 서로 이격된 변위 전극(105)과 제2 그라운드 전극(106)으로 상기 압박력 검출 장치에 상당하는 압박 검출부(107)를 구성하여, 이들을, 절연층(108)을 통하여 상하로 적층하는 구성이 생각된다.

또한, 도 14 중, 109는 키 톱, 110은 스프링, 111은 기판이다. 또한, 절연막 등의 주요하지 않은 부위에 대해서는 도시를 생략하고 있다.

그러나, 상기 압박 검출부(107)의 감도를 확보하기 위해서는, 변위 전극(105)의 초기의 정전 용량을 작게해 둘 필요가 있다. 이를 위해서는, 상기 변위 전극(105)과 상기 제1 그라운드 전극(103) 사이의 거리를 이격하기 위해, 상기 절연층(108)의 두께를 두껍게 해야만 한다. 그러나, 도 14의 (a)의 구성에서는, 그라운드 전극(103, 106)이 2개 필요하고 또한 상기 절연층(108)이 두꺼우므로, 입력 장치를 얇게 구성할 수 없다.

이로 인해, 도 14의 (b)에 도시한 바와 같이, 그라운드 전극을 1개 생략하는 구성을 생각할 수 있다.

즉, 기판(101)의 상면에 터치 전극(102)을 갖고, 상기 기판(101)의 하면에 변위 전극(105)을 갖는 동시에, 이 변위 전극(105)의 하방에 간극을 두어 그라운드 전극(112)을 대향시키는 구성이다. 이 구성에 따르면, 터치 전극(102)과 그라운드 전극(112)에 의해 손가락의 위치 검출을 할 수 있는 동시에, 변위 전극(105)과 그라운드 전극(112) 사이의 거리 축소에 의해 압박 검출을 할 수 있다.

그러나, 이와 같은 구성에서는, 상기 터치 전극(102)과, 이 터치 전극(102) 때문이기도 한 상기 그라운드 전극(112)의 사이에, 변위 전극(105)이 존재하므로, 손가락으로 압박했을 때에는 변위 전극(105)과 그라운드 전극(111) 사이의 거리가 줄어드는 동시에, 터치 전극(102)과 그라운드 전극(112) 사이의 거리도 줄어든다. 이로 인해, 위치 검출의 정전 용량의 변화가 불안정해진다. 이 결과, 정밀도가 얻어지지 않게 되고, 입력 조작에 확실하게 반응한다고 하는 정전 용량식의 이점을 향수할 수 없다.

따라서, 본 발명은, 복수 종류의 입력 조작을 감각적이고 또한 확실하게 행할 수 있고, 장치의 박형화에도 이바지하도록 하는 것을 주된 과제로 한다.

그를 위한 수단은, 정전 용량의 변화에 기초하여 평면 상의 위치를 검출하기 위한 터치 전극을 상면에 갖는 동시에, 하면에는 상기 터치 전극을 위한 그라운드 전극을 갖는 터치 기판부와, 상기 그라운드 전극에 대향시켜 상기 터치 기판부의 하방에 간극을 두어 설치되고, 상기 그라운드 전극과의 사이 거리의 축소에 의한 정전 용량의 변화에 기초하여 압박을 검출하기 위한 변위 전극을 구비한 정전 용량식 입력 장치이다.

상기 터치 전극에 손가락 등이 접근하거나 접촉하거나 하면 상기 터치 전극의 정전 용량이 변화되고, 이 변화에 기초하여 평면 상에서의 위치가 검출된다. 이때 상기 터치 전극과 상기 그라운드 전극 사이의 거리는 일정하므로, 정전 용량치의 변화는 안정된다.

또한, 상기 터치 전극측으로부터 압박되어, 상기 그라운드 전극과 변위 전극 사이의 거리가 줄어들면, 상기 변위 전극의 정전 용량이 변화되고, 이 변화에 기초하여 압박이 검출된다.

즉, 위치와 압박의 검출 동작의 간섭은 없어, 적어도 2종류의 입력 조작이 손가락 등의 움직임으로 가능하다.

또한, 2종류의 입력 조작은 정전 용량의 변화에 기초하므로, 제어는 1개의 IC로 행할 수 있다.

본 발명은, 상기 그라운드 전극과 상기 변위 전극의 사이가, 스프링에 의해 이격 방향으로 가압된 정전 용량식 입력 장치이어도 좋다. 이 경우, 상기 스프링은, 상기 터치 전극과 상기 그라운드 전극과 상기 변위 전극을 구비하는 변위 기판부의 일부를 만곡하여 형성된 것이어도 좋다.

상기 스프링이 압박력을 발휘하고 있는 상태를 초기 상태로 함으로써, 상기 스프링이, 손가락 등이 접촉했을 때의 덜걱거림을 억제하여, 조작 감촉을 향상시킨다.

바람직하게는, 상기 그라운드 전극과 상기 변위 전극의 사이에, 도전성을 갖는 탄성 부재로 이루어지는 판 스프링이 개재되는 동시에, 상기 판 스프링이 상기 그라운드 전극과 전기적으로 접속된 정전 용량식 입력 장치면 좋다.

상기 판 스프링이 상기한 스프링과 마찬가지로 조작 감촉을 향상시키는 외에, 장기간에 걸쳐 원하는 가압력을 발휘하고, 박형화에도 이바지한다.

또한, 본 발명은, 상기 변위 전극의 하방에 압박됨으로써 ONㆍOFF 전환하는 스위치가 설치된 정전 용량식 입력 장치이어도 좋다.

상기 스위치의 전환으로, 예를 들어 결정 기능 등의 다른 기능을 발휘한다.

바람직하게는, 상기 스위치가 돔 스위치로 구성되는 동시에, 상기 돔 스위치를 위한 전극이, 상기 변위 전극을 상면에 갖는 변위 기판부의 하면에 형성된 정전 용량식 입력 장치이어도 좋다.

상기 전극이 상기 변위 전극을 갖는 변위 기판부의 하면에 형성되어 있으므로, 상기 돔 스위치는 돔 형상의 정상부를 아래로 하여 설치되게 된다. 이로 인해, 기판 등의 부품 개수를 억제하고, 박형화에도 이바지한다.

또한, 상기 그라운드 전극과 변위 전극 사이의 거리가 줄어들었을 때에 구동하여, 압박되어 있는 것을 통지하는 통지 수단이 설치된 정전 용량식 입력 장치이어도 좋다.

상기 통지 수단은, 진동을 발생하는 진동기나 소리를 발생하는 전자음 발생기 등으로 구성할 수 있다. 통지 수단은, 압박 상태인 것을 알리고, 사용자에 피드백 감을 부여한다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 복수 종류의 입력 조작을 감각적이고 또한 확실하게 행할 수 있다. 또한, 장치의 박형화도 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 주요부의 종단면 구조를 도시하는 모식도.
도 2는 입력 장치의 상면측에서 본 외관을 도시하는 사시도.
도 3은 입력 장치의 하면측에서 본 외관을 도시하는 사시도.
도 4는 입력 장치를 구비한 휴대 정보 단말의 사시도.
도 5는 입력 장치의 상면측에서 본 분해 사시도.
도 6은 입력 장치의 하면측에서 본 분해 사시도.
도 7은 입력 장치의 주요부의 종단면도.
도 8은 휴대 정보 단말의 구성을 도시하는 블록도.
도 9는 입력 장치에 의한 동작예를 도시하는 설명도.
도 10은 입력 장치에 의한 검출 상태를 도시하는 설명도.
도 11은 다른 예에 관한 입력 장치의 주요부의 종단면도.
도 12는 다른 예에 관한 입력 장치의 하면측에서 본 사시도.
도 13은 다른 예에 관한 입력 장치를 구비한 휴대 정보 단말의 사시도.
도 14는 종래 기술로부터 생각되는 입력 장치의 구조를 도시하는 모식도.

본 발명을 실시하기 위한 일 형태를, 이하 도면을 사용하여 설명한다.

도 1은, 정전 용량식 입력 장치(11)(이하, 「입력 장치」라고 함.)의 주요부의 종단면 구조를 도시하는 모식도이며, 도 2는, 입력 장치(11)의 상면측에서 본 외관을 도시하는 사시도, 도 3은 그 하면측에서 본 외관을 도시하는 사시도다. 이와 같은 입력 장치(11)는, 예를 들어 도 4에 도시한 휴대 정보 단말(21)의 입력 장치(11)로서 사용된다.

우선, 휴대 정보 단말(21)에 대하여 간단하게 설명한다.

도 4에 도시한 휴대 정보 단말(21)은, 얇은 직육면체 형상으로 형성되어, 정면의 일부를 제외한 대부분의 부분이 직사각형을 이루는 표시기(22)를 갖는다. 그리고, 정면에 있어서의 상기 표시기(22)가 형성되어 있지 않은 부분에, 상기 입력 장치(11)와, 그 밖의 조작 스위치(23)가 구비되어 있다. 입력 장치(11)는, 평면에서 보아 원형을 이루는 입력부(12)를 휴대 정보 단말(21)의 표면에 노출한 상태로 구비된다. 또한, 입력부(12)의 형상은, 타원형, 사각형 등이어도 좋고, 반드시 원형으로 한정되는 것은 아니다.

이 입력 장치(11)는, 복수 종류의 입력 조작이 사용자의 손가락 A(도 1 참조)의 동작으로 감각적으로 행할 수 있는 구성이다. 복수 종류의 입력 조작이라 함은, 예를 들어, 표시기(22)의 커서를 이동시키는 조작과, 페이지 넘김이나 결정 등, 기타의 조작이다.

다음에, 이와 같은 조작을 가능하게 하기 위한 입력 장치(11)의 구성에 대하여 설명한다.

입력 장치(11)는, 도 5, 도 6에 도시한 바와 같이, 1개의 FPC(Flexible Printed Circuits)로 이루어지는 본체 부재(31)를 갖는다. 이 본체 부재(31)는, 선단측으로부터 순서대로 터치 기판부(32)와, 압박 기판부(33)와, 제어 기판부(34)를 갖는다. 그리고, 상기 터치 기판부(32)와 상기 압박 기판부(33)의 사이와, 이 압박 기판부(33)와 상기 제어 기판부(34)의 사이에는, 굴곡 가능한 케이블부(35, 36)가 설치되는 동시에, 상기 제어 기판부(34)로부터도 굴곡 가능한 케이블부(37)가 연장 설치되어 있다. 본체 부재(31)는, FPC 이외, 멤브레인 인쇄 배선판 등으로도 구성할 수 있다. 또한, 상기 케이블부(35, 36, 37)는, 가요성을 갖고, 유연하게 굴곡된다.

상기 터치 기판부(32)와 압박 기판부(33)는, 상기 입력부(12)를 구성하는 부분으로, 이들은, 상기 케이블부(35)에서 되접어서 포갠 것 같은 상태에서 금속제의 보유 지지 부재(41)로 보유 지지된다.

상기 터치 기판부(32)는, 평면에서 보아 대략 원형으로 형성되고, 도 1에 도시한 바와 같이, 상면에, 정전 용량의 변화에 기초하여 평면 상의 위치를 검출하기 위한 복수의 터치 전극(32a)을 갖고, 하면에는, 상기 터치 전극(32a)을 위한 그라운드 전극(32b)을 갖는다. 이들 터치 전극(32a)과 그라운드 전극(32b) 사이의 거리는 일정하게 유지되어 있다. 또한, 도시예의 터치 전극(32a)은, 도 5에 도시한 바와 같이 4극이며, 원을 그리며 둘러싸도록 배치된 4개의 터치 전극(32aa, 32ab, 32ac, 32ad)을 갖지만, 2개 이상의 전극을 갖는 것이면, 개수도 배치도 자유롭게 설정할 수 있다.

또한, 이 터치 기판부(32)의 상하 양면은 절연막(32c)으로 피복되지만, 도 6에 도시한 바와 같이, 터치 기판부(32)의 하면의 일부에는, 상기 그라운드 전극(32b)에 전기적으로 접속된 어스 접점(32d)이 돌출 설치되어 있다.

상기 압박 기판부(33)는, 평면에서 보아 대략 사각 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 상면에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 그라운드 전극(32b)에 대하여 간극(51)을 두고 대향하고, 상기 그라운드 전극(32b)과의 사이의 거리 축소에 의한 정전 용량의 변화에 기초하여 압박을 검출하기 위한 변위 전극(33a)을 갖는다. 또한, 압박 기판부(33)의 하면에는, 메탈 돔 스위치(61)를 위한 환 형상의 전극(62)과 원형의 전극(63)이 동심 상태로 배치되어 있다. 이 압박 기판부(33)에 있어서도, 상하 양면의 원하는 위치에는 절연막(33c)이 피복된다.

상기 제어 기판부(34)에는, 도 3, 도 6에 도시한 바와 같이, 집적 회로(IC)(34a) 등의 필요한 전자 부품이 탑재되어 있다.

이와 같은 본체 부재(31)는, 상기 그라운드 전극(32b)과 상기 변위 전극(33a)의 사이를 이격 방향으로 가압하는 스프링으로서의 판 스프링(71)과, 상기 변위 전극(33a)의 하방에 설치되어 압박됨으로써 변형되어 ONㆍOFF 전환하는 스위치로서의 상기 메탈 돔 스위치(61)를 조립 장착하여, 상기 보유 지지 부재(41)로 보유 지지된다.

상기 판 스프링(71)은, 도전성을 갖는 금속판을 펀칭하여 형성된 것이다. 형상은 대략 사각 형상이며, 2개의 탄성 다리부(72)가 잘라 세움하여 형성되어 있다. 2개의 탄성 다리부(72)는 평행하게 형성되고, 상반하는 방향으로 연장되어 있다. 또한, 판 스프링(71)은 도전성을 갖는 탄성 부재로 이루어지는 것이면 되며, 반드시 금속제의 것으로 한정되는 것은 아니다.

이 판 스프링(71)은, 양면 점착 테이프(81)에 의해 상기 터치 기판부(32)의 하면에 고정된다. 이 고정시에는, 터치 기판부(32)의 하면의 상기 어스 접점(32d)을 판 스프링(71)에 접촉시킨다. 판 스프링(71)이 터치 기판부(32)에 고정됨으로써, 상기 2개의 탄성 다리부(72)의 선단은, 상기 압박 기판부(33)의 상면에 접촉하게 된다.

또한, 상기 판 스프링(71)의 외주 테두리에는, 상기 본체 부재(31)를 상기 보유 지지 부재(41)로 보유 지지했을 때에, 보유 지지 부재(41)에 대하여 위치 결정하기 위한 적당한 볼록부(73)를 갖는다.

상기 메탈 돔 스위치(61)는, 상기 압박 기판부(33)의 하면에 설치된 2개의 전극(62, 63)과 돔형 접점(64)으로 구성되어 있다. 이로 인해, 돔형 접점(64)은, 정상부(64a)가 아래를 향하도록 설치된다. 이 정상부(64a)는, 상기 보유 지지 부재(41)의 내부 저면에 형성된 돌기부(42)에 접촉한다.

또한, 돔형 접점(64)은, 도 7에 도시한 바와 같이 2매의 시트(65, 66)로 보유 지지되지만, 이들 시트(65, 66) 중 돔형 접점(64)을 덮는 시트(65)에 있어서의 돔형 접점(64)의 정상부(64a)에 대응하는 부위에는 구멍부(65a)가 형성되어 있다. 이 구멍부(65a)는, 입력 장치(11)의 전체의 두께를 얇게 하기 위한 것이다. 이와 같은 구멍부(65a)가 있음으로써, 상기 정상부(64a)는, 상기 보유 지지 부재(41)의 돌기부(42)에 직접 접촉한다. 또한, 도 5 중, 66a는 돔형 접점(64)이 변형되었을 때의 공기 배출을 위한 공기 배출 구멍이다.

상기 보유 지지 부재(41)는, 금속판을 프레스 가공하여, 상기 압박 기판부(33)와 상기 판 스프링(71)이 들어가는 크기의 접시 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 내부 저면의 중앙에는, 상방으로 팽출하는 상기 돌기(42)를 갖는다.

또한, 보유 지지 부재(41)의 외주 테두리에는 주위벽(43)이 세워 설치되어 있고, 이 주위벽(43)은, 그 내측면의 일부가 상기 판 스프링(71)의 외주 테두리의 볼록부(73)의 단부면을 눌러, 판 스프링(71)의 위치 결정을 할 수 있는 형상으로 형성된다. 또한, 보유 지지 부재(41)의 네 코너 부분에는, 상기 주위벽(43)으로부터 절곡편(44)이 세워 설치되어 있다. 이 절곡편(44)을 내측으로 절곡함으로써, 상기 본체 부재(31) 등이 보유 지지된다. 이때, 상기 판 스프링(71)이 압박력을 발휘한 상태로 되도록 보유 지지를 행한다.

상기 본체 부재(31) 등을 보유 지지 부재(41)로 보유 지지하면, 도 7에 도시한 바와 같이 된다.

또한, 상기 터치 기판부(32) 상에는, 절연성을 갖는 키 톱(82)이 설치된다. 이 키 톱(82)은 양면 점착 테이프(83)로 고정되어 있다.

이러한 키 톱(82) 이외에 시트재(도시하지 않음)를 사용해도 좋고, 또한, 기기의 하우징(도시하지 않음)을 키 톱(82) 대신에 이용해도 좋다.

도 8은, 상기와 같이 구성된 입력 장치(11)를 구비한 휴대 정보 단말(21)의 구성을 도시하는 블록도이다.

휴대 정보 단말(21)은, 상기와 같이 입력 장치(11)와 조작 스위치(23)와 표시기(22)를 갖는 동시에, 전원부(24)와 기억부(25) 등이 구비되어 있다. 그리고, 이들은, 제어부(26)에 접속되어 있다. 상기 입력 장치(11)에 있어서는, 로우 패스 필터(27)를 통하여 제어부(26)에 접속된다.

상기 입력 장치(11)는, 상기와 같이 터치 전극(32a)과 변위 전극(33a)을 갖고, 상기 터치 전극(32a)은, 원을 그리며 둘러싸도록 배치된 상기 4개의 터치 전극(32aa, 32ab, 32ac, 32ad)으로 구성되어 있다. 그리고, 이들 터치 전극(32a)과 변위 전극(33a)은 상기 집적 회로(34a)에 접속되어, 이 집적 회로(34a)가 상기 로우 패스 필터(27)에 접속된다.

상기 집적 회로(34a)는, 각 터치 전극(32aa, 32ab, 32ac, 32ad)에서 검출하는 정전 용량치와, 변위 전극(33a)에서 검출하는 정전 용량치를 디지털 신호로 변환한다.

상기 로우 패스 필터(27)는, 상기 입력 장치(11)로부터 순간적인 통전에 의한 신호를 수취했을 경우에, 이 신호를 컷트하여 검지하지 않도록 하고, 그 이상 긴 시간의 통전에 의한 신호만을 제어부(26)에 전달한다. 이에 의해, 충돌 등에 의해 입력 장치(11)가 순간적으로 누름 조작된 경우에 오작동하지 않도록 하고 있다.

상기 조작 스위치(23)는, 사용자의 조작에 기초하는 신호를 제어부(26)에 전달한다.

상기 전원부(24)는, 각 부에 전력을 공급한다.

상기 표시기(22)는, 제어부(26)의 제어 신호에 따라서 화상을 표시한다. 이 화상에는, 메뉴 화상이나 기억부(25)에 보존된 화상 등이 있다.

상기 기억부(25)는, 제어부(26)의 제어 신호에 따라서 데이터의 읽고 쓰기를 행한다. 이 데이터에는, 메뉴 화면 등을 표시하는 프로그램 등이 있다.

상기 제어부(26)는, 프로그램을 저장한 ROM 및 동작에 필요한 데이터를 기억하는 RAM을 내장하고 있다.

상기 입력 장치(11)에 대한 입력 조작에 기초한 상기 제어부(26)에 의한 제어 동작의 일례를, 도 9와 도 10을 사용하여 다음에 설명한다.

상기 입력 장치(11)는, 터치 전극(32a)과 변위 전극(33a)의 정전 용량치의 변화에 의해, 사용자의 손가락 A의 터치 위치와, 그것에 의한 압입 하중을 검출한다. 각 전극(32aa, 32ab, 32ac, 32ad, 33a) 각각의 정전 용량치의 변화 ΔCa, ΔCb, ΔCc, ΔCd, ΔCe는,

각 터치 전극(32aa, 32ab, 32ac, 32ad)에서 검출하는 정전 용량치를 각각 Ca, Cb, Cc, Cd로 하고, 변위 전극(33a)에서 검출하는 정전 용량치를 Ce로 하고, 비터치시의 전극(32aa, 32ab, 32ac, 32ad)의 정전 용량치를 각각 Ca0, Cb0, Cc0, Cd0로 하고, 변위 전극(33a)에서 검출하는 정전 용량치를 Ce0로 하면,

ΔCa＝Ca－Ca0

ΔCb＝Cb－Cb0

ΔCc＝Cc－Cc0

ΔCd＝Cd－Cd0

ΔCe＝Ce－Ce0

의 연산식에 의해 산출된다.

즉, 상기 집적 회로(34a)를 통하여 입력된 신호와, 미리 기억된 비터치시의 정전 용량치의 데이터에 기초하여, 상기 제어부(26)가 상기 연산을 하여, 정전 용량의 변화를 산출한다.

그리고, 이 결과에 기초하여, 제어부(26)는 또한, 터치 위치 X, Y와, 압입 하중 Z를 산출한다. 터치 위치 X는 좌우 방향[터치 전극(32ab, 32ac)과 터치 전극(32aa, 32ad)가 대치하는 방향], 터치 위치 Y는 상하 방향[터치 전극(32aa, 32ab)과 터치 전극(32ac, 32ad)가 대치하는 방향]이며, 각각,

X＝(ΔCa＋ΔCd)－(ΔCb＋ΔCc)

Y＝(ΔCa＋ΔCb)－(ΔCc＋ΔCd)

의 연산식에 의해 산출할 수 있다.

또한, 압입 하중 Z는, 변위 전극(33a)의 정전 용량치의 변화량 ΔCe로 구해진다. 즉, Z＝ΔCe이다.

이와 같이 하여 산출된 각 부의 정전 용량치의 변화로부터, 터치 위치나 압입 깊이를 검출하고, 제어부(26)는, 프로그램에 기초하여 필요한 제어 동작을 행한다.

구체적으로는, 사용자의 손가락 A가 입력부(12) 표면의 키 톱(82)에 임계치를 초과하지 않을 정도로 가볍게 접촉한(예를 들어 1N보다 작은 힘으로 접촉한) 상태에서, 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 터치 전극(32a)을 좌측으로부터 우측으로 쓰다듬듯이 이동하면, 각 터치 전극(32aa, 32ab, 32ac, 32ad)의 정전 용량치의 변화 ΔCa, ΔCb, ΔCc, ΔCd는 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이 각각 변화된다. 이 결과, 터치 위치 X, Y의 정보가 얻어진다.

이 정보로부터, 손가락 A의 이동 방향이 판단되어, 제어부(26)는, 입력된 신호에 기초하여, 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 표시기(22)에 표시된 메뉴 화면 등에서 커서(22a)를 미리 정해진 기준 위치로부터, 손가락 A로 지시된 방향으로 이동하는 제어를 행한다.

마찬가지의 상태로 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 좌측 경사 하방으로부터 우측 경사 상방을 향하여 쓰다듬듯이 이동했을 때도, 각 터치 전극(32aa, 32ab, 32ac, 32ad)의 정전 용량치의 변화 ΔCa, ΔCb, ΔCc, ΔCd는, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이 변화되고, 이 결과, 터치 위치 X, Y의 정보가 얻어진다.

이 정보로부터, 손가락 A의 이동 방향이 검출되어, 제어부(26)는, 입력된 신호에 기초하여, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 표시기(22)에 표시된 메뉴 화면 등에서 커서(22a)를 미리 정해진 기준 위치로부터, 손가락 A로 지시된 경사 방향으로 이동하는 제어를 행한다.

사용자의 손가락 A가 상기의 경우보다도 임계치를 초과할 정도로 강하게 접촉하고(예를 들어 1N 이상의 힘으로 접촉하고) 나서 튀기도록 하여 갑자기 이격하는 동작, 구체적으로는, 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 손가락 A로 책의 페이지를 넘기는 동작을 하면, 손가락 A의 접촉을 상기 터치 전극(32a)의 정전 용량의 변화에 기초하여 검출하는 동시에, 그 압박을 상기 변위 전극(33a)의 정전 용량의 변화에 기초하여 검출한다. 그리고, 압박이 검출되어 있는 상태에 있어서 상기 터치 전극(32a)의 정전 용량의 변화에 기초하여 손가락 A의 이동 방향을 검출한다. 각 부의 정전 용량치의 변화 ΔCa, ΔCb, ΔCc, ΔCd, ΔCe는, 도 10의 (c)와 같이 변화를 나타낸다.

그리고, 제어부(26)는, 각 부의 정전 용량치의 변화 ΔCa, ΔCb, ΔCc, ΔCd, ΔCe에 기초하는 터치 위치 X, Y와 압입 하중 Z의 정보에 따라, 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 상기 표시기(22)에 표시된 메뉴 화면 등에서 현재 표시되어 있는 화면을, 손가락 A로 지시된 방향의 다음 화면으로, 화면을 이동하는 제어를 행한다.

사용자의 손가락 A가 강하게 접촉되어, 압입하는 동작을 하면, 상기 메탈 돔 스위치(61)의 돔형 접점(64)의 변형에 의한 ON 동작에 기초하여, 메뉴 화면 등에 있어서 커서(22a)로 선택된 메뉴 등을 결정하는 신호를 제어부(26)에 전달한다. 이때 제어부(26)는, 입력된 ON 신호에 기초하여, 도 9의 (d)에 도시한 바와 같이, 상기 표시기(22)에 표시된 메뉴 화면 등에 표시되어 커서(22a)로 선택되어 있는 메뉴 등을 결정하기 위해, 그 부분의 외관을 변화시키는 동시에, 각 부의 필요한 제어 동작을 행한다. 결정할 때에는, 돔형 접점(64)이 변형되므로, 클릭감이 얻어진다.

이와 같이 하여 입력 조작을 행할 수 있으므로, 커서 이동 이외에, 페이지 넘김 혹은 페이지 이동, 결정의 조작을, 1개의 입력 장치(11)로 행할 수 있다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 방향 검출부 Ⅰ, 압박 검출부 Ⅱ, 압입 검출부 Ⅲ를 두께 방향으로 갖고, 이들에 의해 다양한 입력 조작을 할 수 있다. 게다가, 커서 이동도 페이지 넘김도, 결정도, 손가락 A로 실제 그 동작을 행하는 것 같이 감각적이고 또한 확실하게 행할 수 있다.

또한, 상기 터치 전극(32a)과 상기 그라운드 전극(32b)은 터치 기판부(32)의 상면과 하면으로 나누어 형성되고, 그들 사이의 거리는 일정하므로, 터치 전극(32a)의 정전 용량의 변화를 안정시킬 수 있다.

또한, 키 톱(82)이 압박되어 상기 터치 기판부(32)의 그라운드 전극(32b)이 상기 변위 전극(33a)에 근접하여, 상기 그라운드 전극(32b)과 변위 전극(33a) 사이의 거리가 줄어들면, 상기 변위 전극(33a)의 정전 용량이 변화되어, 이 변화에 기초하여 압박이 검출된다. 이 결과, 터치 전극(32a)만으로 검출하여 행하는 동작과는 다른 페이지 넘김 등의 동작을 할 수 있지만, 이때에, 터치 전극(32a)과 그라운드 전극(32b)의 거리가 일정하므로, 위치와 압박의 검출 동작에 간섭이 일어나는 것을 방지할 수 있고, 조작의 확실성, 신뢰성을 확보할 수 있다.

게다가, 이와 같은 다른 동작을 행하기 위한 검출 원리에는, 동일한 정전 용량을 채용하고 있으므로, 상기 제어 기판부(34)에 구비되는 집적 회로(34a)는 하나로 충분하다. 이로 인해, 제조 비용을 저감할 수 있다.

또한, 다른 동작을 행하기 위한 검출에 사용되는 그라운드 전극(32b)을 공통으로 하는 동시에, 그라운드 전극(32b)과 변위 전극(33a)의 위치나 방향과, 메탈 돔 스위치(61)의 방향을 고안하고 있으므로, 상기 방향 검출부 Ⅰ와 상기 압박 검출부 Ⅱ와 상기 압입 검출부 Ⅲ가 두께 방향으로 효율적으로 수납되어, 입력 장치(11)의 두께를 얇게 할 수 있다. 돔형 접점(64)의 정상부(64a)를 노출시킨 것도, 입력 장치(11)의 박형화에 공헌한다.

또한, 본체 부재(31)는, 터치 기판부(32)와 압박 기판부(33)의 사이에 상기 판 스프링(71)을 갖고, 이 판 스프링(71)의 가압력을 발휘시킨 상태로 하여 보유 지지되므로, 초기 상태에서의 덜걱거림을 억제할 수 있다. 이 결과, 손가락 A가 접촉했을 때의 덜걱거림이 없어, 조작 감각이 양호해진다.

또한, 판 스프링(71)은 금속제이므로, 선형 탄성 영역에서 사용할 수 있어, 내구성이 얻어진다. 또한, 판 스프링(71)을 사용하고 있으므로, 판 스프링(71) 자체를 얇게 형성할 수 있는 동시에, 상기와 같은 잘라 세운 탄성 다리부(72)를 가지므로, 입력 장치(11)의 두께를 얇게 하는 것에 공헌할 수 있다.

또한, 도전성의 판 스프링(71)을 사용하고 있으므로, 압박력과 거리의 관계를 직선적으로 표현할 수 있다. 이로 인해, 압박력과 정전 용량도 직선적으로 나타낼 수 있어, 제어가 용이하다. 또한, 도전성의 판 스프링(71)을 사용하고 있지만, 이 판 스프링(71)은 어스 접점(32d)에 의해 상기 그라운드 전극(32b)과 접속되어 있으므로, 판 스프링(71)에 전하가 쌓이는 일이 없어, 검출 정밀도를 확보할 수 있다.

또한, 금속제의 판 스프링(71)은, FPC보다도 가공 정밀도가 높으므로, 상기 본체 부재(31)를 보유 지지 부재(41)로 보유 지지할 때에, 보유 지지 부재(41)에 대한 위치 결정이, 본체 부재(31)에서 위치 결정하는 경우에 비하여 정확하게 행할 수 있다.

또한, 상기 변위 기판부(33a)의 하방에는, 메탈 돔 스위치(61)가 설치되어 있고, 상기와 같이, 또 다른 동작을 행할 수 있으므로, 입력 장치(11)로서의 기능을 확대할 수 있다.

게다가, 메탈 돔 스위치(61)를 사용하고 있으므로, 명확한 클릭감이 얻어지고, 상기와 같이 선택된 사항을 결정하는 동작에 적합하다. 명확한 클릭감은, 터치 기판부(32)에 상기 판 스프링(71)이 접착에 의해 일체화되어 있어 메탈 돔 스위치(61)의 돔형 접점(64)의 변형에 의해 ON 할 때에는, 판 스프링(71)이 스프링으로서의 역할을 종료하여 강체로 됨으로써, 더욱 양호한 것이 된다.

또한, 메탈 돔 스위치(61)는, 상기 압박 기판부(33)를 이용하여, 돔형 접점(64)의 정상부(64a)를 아래를 향하여 설치되므로, 겹치는 부품수를 저감할 수 있다. 이로 인해, 가일층의 박형화에 공헌한다.

이하, 그 밖의 형태에 대하여 설명한다. 이 설명에 있어서, 상기한 구성과 동일 또는 동등한 부위에 대해서는 동일한 부호를 부여하여, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 11은, 상기 그라운드 전극(32b)과 상기 변위 전극(33a) 사이의 스프링을, 상기 본체 부재(31)를 구성하는 FPC의 일부를 만곡하여 형성한 예를 나타낸다. 즉, 상기 본체 부재(31)의 터치 기판부(32)와 압박 기판부(33) 사이의 케이블부(35)가 반원호 형상으로 만곡되어 탄성을 갖는 제1 스프링부(75)가 형성된다. 또한, 상기 터치 기판부(32)의 선단측에, 선단부(76a)가 상기 압박 기판부(33)의 상면에 접촉하여 상기 제1 스프링부(75)와 대향하는, 반원호 형상으로 만곡된 제2 스프링부(76)가 형성되어 있다. 제1 스프링부(75)와 제2 스프링부(76)에서는, FPC를 구성하는 도전체(도시하지 않음)가, 주로 탄성력을 발휘한다.

이와 같이 구성된 입력 장치(11)에서는, 별체의 상기 스프링 부재(71)가 불필요하므로, 부품 개수를 저감하고, 비용의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 제1 스프링부(75)와 제2 스프링부(76)는 서로 대향하는 위치에 형성되어 있으므로, 탄성 변위, 즉, 상기 그라운드 전극(32b)과 상기 변위 전극(33a) 사이의 거리 축소는 안정적으로 행해진다.

도 12는, 상기 그라운드 전극(32b)과 변위 전극(33a) 사이의 거리가 줄어들었을 때에 구동하여, 압박되어 있는 것을 통지하는 통지 수단으로서 진동기(91)가 설치된 입력 장치(11)이다.

통지 수단은, 진동을 발생하는 진동기(91)나 소리를 발생하는 전자음 발생기 등으로 구성할 수 있지만, 손가락 A의 동작에 의한 입력 조작이 감각적인 것이므로, 상기 진동기(91)에 의한 것이 바람직하다. 진동기(91)가 발하는 진동에 의해, 사용자는, 피드백감에 의해 압박되어 있는 것을 실감할 수 있고, 보다 감각적이고 정확한 조작이 가능해진다.

진동기(91)는, 도 12에 도시한 바와 같이 보유 지지 부재(41)의 저면 등, 적절한 부위에 설치된다. 이와 같이 전용의 진동기(91)를 구비하는 것 이외에, 휴대 정보 단말(21)(도 4 참조)에 구비되어 있는 진동기(도시하지 않음)를 유용해도 좋다.

도 13, 평면 상에 있어서의 직선 방향(X 방향)의 위치를 검출할 수 있도록, 2개 이상의 터치 전극(32a)을 일방향으로 배열하여 구성된 입력 장치(11)를 구비한 휴대 정보 단말(21)의 예를 도시하고 있다.

이와 같이 구성된 입력 장치(11)라도, 상기와 마찬가지로, 복수 종류의 입력 조작을 감각적이고 또한 확실하게 행할 수 있다. 또한, 장치의 소형화도 실현할 수 있다.

본 발명의 구성과, 상기 일 형태의 구성의 대응에 있어서,

본 발명의 스프링은, 상기 구성의 판 스프링(71), 제1 스프링부(75), 제2 스프링부(76)에 대응하고,

스위치, 돔 스위치는, 상기 메탈 돔 스위치(61)에 대응하고,

통지 수단은, 진동기(91)에 대응하지만,

본 발명은, 상기 구성만으로 한정되는 것은 아니고, 그 밖의 형태를 채용할 수 있다.

예를 들어, 입력 장치에 의한 입력 조작에 의한 동작은, 상기 예 이외의 것이어도 좋고, 터치 전극(32a)의 정전 용량의 변화에 의해 좌표를 지정하도록 제어해도 좋다.

또한, 메탈 돔 스위치(61)를 생략해도 좋다. 메탈 돔 스위치(61) 대신에, 예를 들어 택트 스위치(알프스 덴끼(주)의 등록 상표)나 멤브레인 스위치, 감압 스위치 등의 각종 스위치를 사용할 수도 있다.

또한, 입력은 손가락 이외로 행할 수 있도록 하는 것도 가능하다.

11 : 정전 용량식 입력 장치
32 : 터치 기판부
32a : 터치 전극
32b : 그라운드 전극
32d : 어스 접점
33 : 압박 기판부
33a : 변위 전극
51 : 간극
61 : 메탈 돔 스위치
62, 63 : 전극
64 : 돔형 접점
71 : 판 스프링
75 : 제1 스프링부
76 : 제2 스프링부
91 : 진동기

Claims

정전 용량의 변화에 기초하여 평면 상의 위치를 검출하기 위한 터치 전극을 상면에 갖는 동시에, 하면에는 상기 터치 전극을 위한 그라운드 전극을 갖는 터치 기판부와,
상기 그라운드 전극에 대향시켜 상기 터치 기판부의 하방에 간극을 두고 설치되고, 상기 그라운드 전극과의 사이의 거리 축소에 의한 정전 용량의 변화에 기초하여 압박을 검출하기 위한 변위 전극을 구비한, 정전 용량식 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 그라운드 전극과 상기 변위 전극의 사이가, 스프링으로 이격 방향으로 가압된, 정전 용량식 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 그라운드 전극과 상기 변위 전극의 사이에, 도전성을 갖는 탄성 부재로 이루어지는 판 스프링이 개재되는 동시에,
상기 판 스프링이 상기 그라운드 전극과 전기적으로 접속된, 정전 용량식 입력 장치.
제2항에 있어서, 상기 스프링이, 상기 터치 전극과 상기 그라운드 전극과 상기 변위 전극을 구비하는 기판의 일부를 만곡하여 형성된, 정전 용량식 입력 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변위 전극의 하방에 압박됨으로써 ONㆍOFF 전환하는 스위치가 설치된, 정전 용량식 입력 장치.
제5항에 있어서, 상기 스위치가 돔 스위치로 구성되는 동시에,
상기 돔 스위치를 위한 전극이, 상기 변위 전극을 상면에 갖는 변위 기판부의 하면에 형성된, 정전 용량식 입력 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그라운드 전극과 변위 전극 사이의 거리가 줄어들었을 때에 구동하여, 압박되어 있는 것을 통지하는 통지 수단이 설치된, 정전 용량식 입력 장치.