CN102193674A - 输入装置、指示器以及电子设备 - Google Patents

Abstract

一种输入装置、指示器以及电子设备，操作者使用小型的输入装置可直观地把握操作量。本发明的指示器具有输入装置(2)和可显示位置的显示装置，所述输入装置(2)具有：操作部件(7)，使用者可由手指擦过该操作部件，该操作部件根据在输入方向上作用的力而位移，并且在输入方向作用的力为1N以下时，表示1mm以下的最大位移量；检测机构(12)，其检测操作部件(7)的位移量，在每规定时间，使显示位置移动对应于检测机构(12)检测到的操作部件(7)的位移量的距离。

Description

输入装置、指示器以及电子设备

技术领域

本发明涉及输入装置、指示器以及电子设备。

背景技术

作为携带设备中用于使显示的光标等在画面上移动的输入装置(指示器)，在专利文献1～5中提出有设置使用者在二维的任意方向位移的操作杆和操作键。在这样的输入装置中，基于操作杆和操作键的位移量和位移的时间，算出光标的移动量，故而使用者难以直观地把握光标的移动量(操作量)。

因此，在笔记本电脑等中，几乎都采用检测使用者触及的位置的坐标的触摸板这样的指示器。在使用触摸板的指示器中，由于光标根据使用者手指的移动量而移动，故而使用者能够直观地把握操作量。

专利文献1：美国专利第5521596号说明书

专利文献2：美国专利第5798754号说明书

专利文献3：日本特公平7-117876号公报

专利文献4：日本专利第4108401号公报

专利文献5：日本专利第4147839号公报

但是，由于触摸板占据较大的设置面积，故而难以用于手机这样小型的装置。

为了能够进行直观的操作，也正在销售在显示装置上设有触摸传感器的触摸面板的手机。但是，在触摸面板中，由于手指将画面遮住，故而不清楚光标准确的位置，不能用于细微位置的指定。另外，由于操作触摸面板时在画面上粘附皮脂，故而也有不少使用者不喜欢使用触摸面板。

发明内容

因此，本发明的课题在于提供一种使用者可直观地把握操作量的小型输入装置以及指示器。

为了解决上述课题，本发明的输入装置具有：操作部件，使用者能够由手指擦过该操作部件；检测机构，在使用者擦过所述操作部件时，检测在规定的输入方向上对所述操作部件作用的力的成分。

根据该结构，通过在以擦过操作部件的方式使手指移动时检测作用在操作部件上的较小力，能够检测手指的移动方向。另外，在力持续作用于操作部件期间，考虑到手指正在移动，故而基于作用在操作部件上的力可推测手指的移动量。由此，能够输入对应于手指的移动的操作量。另外，操作部件仅仅检测作用的力，无需检测距离，故而可以设置得较小。

另外，在本发明的输入装置中可以构成为：所述操作部件可以根据在所述输入方向上作用的力的成分而位移，并且可动范围被限制，以使在所述输入方向上作用的力为1N以下时其位移最大，所述操作部件可操作的部分的表面相对于所述输入方向的倾斜为45°以下，所述检测机构根据所述操作部件的位移量检测在所述输入方向上作用的力的成分。

根据该结构，对应于由手指以描画地方式擦过操作部件时作用的最大1N左右非常小的力，操作部件表示最大位移，故而摩擦力和检测范围相对应，能够灵敏度良好地检测摩擦力的大小。另外，在手指擦过操作部件的状态下，操作部件通过摩擦力而位于可动端，其位置不改变，故而对使用者赋予识别手指正擦过操作部件的明确触感。另外，操作部件的倾斜为45°以下，故而使用者的手指在操作部件的表面滑动，能够顺畅地擦过。根据这些效果，使用者识别手指在操作部件上滑过的距离和实际的擦过量的相关性提高，能够输入与使用者的感觉接近的操作量，能够使画面上的光标这样的操作对象按使用者的意图移动。

另外，在本发明的输入装置中，所述操作部件的最大位移为1mm以下为好。

根据该结构，由于操作部件的位移量小，故而不使使用者感到操作部件的移动，另外，手指的移动量和擦过距离大致相等，故而能够输入与使用者的感觉更加接近的操作量。

另外，在本发明的输入装置中，所述操作部件在可操作部分上不具有超过0.2mm的凹凸为好。

根据该结构，由于不勾挂手指，故而能够使手指顺畅地滑动。

另外，在本发明的输入装置中，所述操作部件的可操作部分在所述输入方向上的尺寸为20mm以下为好。

根据该结构，由于使用者不易感到操作部件的移动，故而能够得到线性操作感。

另外，在本发明的输入装置中，所述输入方向为相互正交的两个方向为好。

根据该结构，能够输入二维的操作量。

另外，在本发明的输入装置中，所述操作部件能够在与所述输入方向的两个方向正交的方向按下，还具有用于检测所述操作部件的按下的触点机构。

根据该结构，能够输入操作部件基于擦过的移动量、和操作部件基于按下的开关输入。

另外，本发明的指示器具有上述任一方面的输入装置、和可显示位置的显示装置，在每规定时间，使显示位置移动与所述检测机构检测到的摩擦力对应的距离。

根据该结构，由于能够使用小型的输入装置在显示装置上定位，故而能够对小型的装置提供操作感好的指示器。

另外，在本发明的指示器中，在所述检测机构检测到的对操作部件作用的力为规定的检测阈值以上的状态的持续时间为规定的时间阈值以上时，所述显示装置的显示位置对应于所述检测机构检测到的对操作部件作用的力和所述持续时间而移动。

根据该结构，在使用者无意地接触到操作部件时，显示装置可不移动，显示装置能够进行对应于使用者意图的操作量的移动。

另外，在本发明的指示器中，在所述持续时间小于所述时间阈值时，基于所述位移量判别所述操作部件的位移方向，并且根据所述操作部件的位移方向使所述显示装置的输出坐标位移为好。

根据该结构，使用者弹击操作部件而进行操作，由此能够进行例如对每一行输入显示位置移动的方向的操作。

另外，本发明的电子设备具有上述任一方面所述的指示器。

根据该结构，能够提供小型且操作性良好的电子设备。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的便携信息终端的平面图；

图2是图1的便携信息终端的局部剖面图；

图3是图1的便携信息终端的操作量算出控制的流程图；

图4是在图1的操作部件上作用的按压力的矢量图；

图5是图1的操作部件的复原力的矢量图；

图6是表示以作用于手指的反作用力的垂直成分的观点而由图4、5算出的、相对于倾斜角度的复原力的最大值的图；

图7是表示以作用于手指的反作用力的水平成分的观点而由图4、5算出的、相对于倾斜角度的复原力的最大值的图；

图8是本发明的第二实施方式的便携信息终端的平面图；

图9是图8的便携信息终端的局部立体图；

图10是图8的便携信息终端的局部剖面图。

符号说明

1、1a：便携信息终端(电子设备)

2：输入装置

3：显示装置

7：操作部件

8：可动磁铁

12：固定磁铁

13：霍尔IC(检测机构)

具体实施方式

参照附图说明本发明的实施方式。图1表示本发明第一实施方式的便携信息终端(电子设备)1。该便携信息终端1具有本发明的输入装置2、由液晶面板构成的显示装置3以及两个按钮开关4。显示装置3显示各种信息和通过使用者操作输入装置2而自由地移动的光标等。

图2为了表示输入装置2的结构而表示便携信息终端1的剖面。输入装置2配置在便携信息终端1的主体5与罩6之间的空间中。输入装置2具有：从罩6的开口露出的操作部件7；对环状的可动磁铁8进行保持的可动部件9；基板10；固定在壳体11上的固定磁铁12。

可动磁铁8和固定磁铁12具有相互排斥的磁力，利用该磁力，可动部件9被靠压而位于固定磁铁12的中心(原点)。通过使外力作用于操作部件7，能够对抗该磁力而使可动部件9在固定磁铁12的内侧、在箭头标记所示的X方向以及与X方向正交的纸面进深方向即Y方向的二维的输入方向上移动。

可动部件9被固定磁铁12限制的可动范围在XY方向上分别为最大±0.5mm。并且，基于使可动部件9自原点移动最大限度0.5mm时的磁力的复原力为0.35N。即，为了使可动部件9最大限度地移动，应作用于操作部件7的外力在移动方向上的成分为0.35N。

另外，输入装置2将霍尔IC13安装在基板10上。霍尔IC13是检测机构，其内设有检测可动磁铁8形成的磁场的四个霍尔元件，将可动磁铁8在XY方向的位置作为坐标数据而输出。本实施方式的霍尔IC13可将可动磁铁8的位置作为(0，0)～(255，255)的坐标(数值)而输出。基于磁力的原点的坐标在设计上为(127，127)。其中，如上所述，可动部件9的可动范围窄，实际的霍尔IC13输出的坐标的变化在XY上都是原点±20的范围内。

另外，输入装置2具有通过将操作部件7向基板10按下而导通而能够进行触点输出的触点机构。具体地，触点机构由在基板10上形成的下侧电极14、将下侧电极14覆盖而圆顶形隆起并在该圆顶内表面的与下侧电极14相对的位置形成有上侧电极15的喀嗒板(金属圆顶板)16构成。

操作部件7从罩6露出，使用者可接触的部分的表面形状为光滑的球面，相对于XY面的最大倾斜为45°。另外，操作部件7的露出部分的直径约为6mm。

在便携信息终端1中，使用者通过由手指擦过输入装置2的操作部件7而输入位移，使显示装置3上的光标等的显示位置移动(指示器)。在使用者由手指擦过操作部件7时，操作部件7与使用者手指的摩擦力在XY方向上的成分成比例而在XY方向上位移。便携信息终端1具有微机(运算装置)，其基于霍尔IC13检测到的可动部件9的位置的坐标数据，算出与使用者手指在操作部件7上的移动量(擦过量)相对应的光标的位移量。

图3表示便携信息终端1基于微机的光标位移量的计算方法。图示的流程通过步骤S1的时间调整在一定的扫描时间(スキャンタィム)Tc＝20msec被一次执行。在该控制中，在步骤S2，确认霍尔IC13的输出而在X方向以及Y方向上分别检测操作部件7的位移量D。具体地，进行从霍尔IC13的输出坐标减去原点的坐标的运算。

接着，在步骤S3中，将位移量D与规定的检测阈值Sd比较，在本实施方式中，坐标值为5，即，作为操作部件7的位移，与0.125mm进行比较。该检测阈值Ds的值，作为在操作部件7上作用的摩擦力的XY方向的成分，与0.09N相当。若位移量D为检测阈值Sd以上，则在步骤S4中，在表示位移量D为检测阈值Sd以上的状态的持续时间的参数Ts上加上扫描时间Tc。

在步骤S5中，将持续时间Ts与规定时间阈值St进行比较，在本实施方式中与0.2sec进行比较。若持续时间Ts为时间阈值St以上，则判断使用者擦过操作部件7，在步骤S6中，针对X方向以及Y方向分别算出在显示装置3上使光标移动的距离即操作量V。具体地，将在从操作部件的位移量D减去检测阈值Sd后的值上乘以规定的系数k的值作为操作量V。另外，系数k根据霍尔IC的输出标度、操作部件7的形状、扫描时间Tc、显示装置3的像素间距等条件而设定，可以是1。

在步骤S5中，若持续时间Ts小于时间阈值St，则判断使用者没有进行擦过操作部件7的操作，在步骤S7中，将操作量V设定为“0”。在步骤S8中，通过向显示装置输出在步骤S6或步骤S7中设定的操作量，使光标的显示位置在显示装置3的坐标上移动。

步骤S8中，若进行操作量的输出，则返回步骤S1，反复进行上述控制。即，在本实施方式中，操作部件7受到0.09N以上的摩擦力，进行0.125mm以上位移的状态持续0.2sec以上的话，则在此之后，与操作部件7的位移量D超过0.125mm的量成比例，每扫描时间Tc使光标移动。由手指擦过操作部件7时的摩擦力通常处于0.5～1N的范围内，但操作部件7的位移量D在摩擦力为0.35N时为最大。因此，在通常的擦过操作中，位移量D几乎都表示最大值，故而使用者擦过操作部件7期间，光标以大致一定的速度移动。

另外，在便携信息终端1中，使用者通过用手指弹击操作部件7而进行操作，能够仅输入方向信息。例如，在表计算软件中，在与被选择的单元邻接的上下左右四个单元或者上下左右倾斜邻接的八个单元相对应的方向上，通过弹击操作部件7，能够进行选择邻接的任一单元这样的操作。

具体地，在步骤S3中，在位移量D小于检测阈值Sd时，在步骤S9中，确认持续时间Ts是否为“0”。在前次的扫描中，若位移量D为检测阈值Sd以上，则持续时间Ts至少为Tc以上，故而在步骤S9中，确认直至刚才之前是否对操作部件7作用了外力。在判断为直至刚才也未操作操作部件7时，在步骤S7中，将操作量V设定为“0”。

在步骤S9中，若持续时间Ts为“0”，则在步骤S10中，进一步确认持续时间Ts是否在时间阈值St以上。若步骤S10中的持续时间Ts小于时间阈值St，则判断为：通过使用者用手指弹击操作部件7，仅在不满0.2秒的时间对操作部件7赋予超过检测阈值Sd的变位。

此时，在步骤S11中，由位移量D的X成分与Y成分之比，在四方位或八方位判别操作部件7的位移方向，根据判别的方向将预先设定的值Va作为操作量。此时，未被确认位移的方向的操作量被设定为“0”。另外，Va的值可以是根据判别的方向而不同的值，也可以是根据目前的光标显示位置和执行中的应用程序而不同的值。

另外，步骤S10中的持续时间Ts为上一次的扫描中在步骤S5中累计的值，故而若该值为时间阈值St以上，则表示：在刚刚之前的扫描中，在步骤S6中设定对应于擦过量的操作量V，在步骤S8中输出该操作量V，使显示装置3的光标移动。因此，此时，在步骤S12中，将操作量V设定为“0”，重复而使光标移动。

在步骤S11或步骤S12设定操作量V的话，在步骤S12中，持续时间Ts返回到“0”。由此，完成持续的操作部件7的位移检测之后，在步骤S8中进行操作量的输出，进而返回步骤S1开始接下来的检测循环。

如上，本实施方式的输入装置2检测擦过操作部件7时的摩擦力。因此，为了不勾挂使用者的手指，需要将操作部件7的使用者可操作的部分、即接触的部分的形状形成为容易滑动的形状。

因此，操作部件7的表面平坦地形成为好。特别是，在操作部件7的表面具有单独的情况下高度为0.15mm、连续的情况下间隔超过0.2mm的凹凸时，具有勾挂手指的感触，不能够得到顺畅地滑动的操作触感。因此，操作部件7的可由手指操作的部分的表面形成为尽可能地不具有凹凸的形状为好。

另外，若操作部件7为大的凹形状，则手指进入到凹部，容易感到操作部件7伴随于手指移动的位移，故而为了对使用者赋予擦过操作部件7的感觉，将操作部件7形成凸形状为好。

另外，通过实验确认：在如人为操作触摸面板时这样由手指在平面描画而擦过时，对其面施加的按压力为0.5～1N，作用的摩擦力为0.25～1N。

因此，由于能够检测在这样地手指擦过时产生的最大1N的摩擦力，故而操作部件7需要利用非常小的外力就能够位移。另外，使用者为了得到由手指擦过操作部件7的触感，操作部件7尽可能不移动为好，故而操作部件7使其位移量在最大1N下为最大而限制可动范围为好。即，在使用者由手指擦过操作部件7时，操作部件7几乎表示最大位移。

另外，本实施方式的操作部件7的最大位移量为±0.5mm以下，但若操作部件7的位移量为±1mm以下的话，则使用者不感到操作部件7的移动，感到手指相对于完全固定的操作部件7擦过。另外，操作部件7的移动与使用者手指的移动相互抵消，故而成为与输入装置的检测相关的“游隙”。

另外，操作部件7的尺寸若小到被手指遮住的程度，则在视觉上使用者也不能够识别操作部件7的位移。另外，使用者仅移动手指而在操作部件7上一次擦过时，指尖的移动距离为30mm左右。若将操作部件7的大小形成为通过该指尖的移动在XY方向上能够从一端擦过到另一端的大小、具体地为20mm以下，则能够得到对操作部件7轻触操作的触感。使用者通过经验识别对操作部件7轻触时(轻触而使操作部件7移动时)的操作量，能够预测光标在显示装置3上的移动量。这样，为了减小操作部件7，也为了使使用者识别与操作部件7的接触，操作部件7形成凸状为好。

对人为用手指平面擦过时的按压力为0.5～1N，作用的摩擦力为0.25～1N进行了说明。但是，如本实施方式这样若将操作部件7形成为凸状，使用者接触相对于要进行操作部件7的位移输入的XY方向倾斜的表面。因此，作用的力与水平面的情况稍有不同。

因此，图4利用矢量表示由倾斜的面对使用者的手指作用的反作用力。在操作部件7表面的相对于X方向倾斜角度θ的位置，利用一定的按压力f按压使用者的手指。操作部件7以与手指的按压力f相等的大小利用相反方向的反作用力fs而将手指压回。此时，使用者将反作用力fs的垂直成分、即fs·cosθ作为垂直方向的反作用力而进行识别。另外，在手指与操作部件7之间作用与反作用力fs成比例的摩擦力。将摩擦系数设为μ时，摩擦力的大小为μfs。该摩擦力在相对于X方向倾斜角度θ的方向上作用，故而该摩擦力在X方向上的成分为μfs·cosθ。使用者将该摩擦力的X方向成分作为来自操作部件7的反作用力的水平成分而识别。

另一方面，在操作部件7上作用对应于其位移的复原力。图5利用矢量将操作部件7的复原力作为F进行表示。复原力F作用在X方向上。因此，复原力F在操作部件7的法线方向上的成分为F·sinθ。该法线方向的成分向使用者的手指传递。因此，复原力F的法线方向的成分F·sinθ的垂直方向上的分力F·sinθcosθ为向使用者传递的垂直成分，复原力F的法线方向的成分F·sinθ的水平方向上的分力F·sin²θ为向使用者传递的水平成分。

由该复原力F向使用者传递的力的垂直方向上的成分以及水平方向上的成分分别比所述手指的按压力的反作用力的垂直成分以及水平成分大的话，则使用者得到与由手指在操作部件7上描画而擦过时不同的触感，故而感到不能够适当地擦过操作部件7。因此，必须使fs·cosθ≥F·sinθcosθ、且μfs·cosθ≥F·sin²θ。

在此，将fs设为上述按压力的最大值即1N，将摩擦系数μ设为一般的树脂材料与手指之间的摩擦系数的值即0.8，关于垂直成分以及水平成分，算出操作部件7的复原力F的上限值。图6表示与垂直成分相关而被限定的复原力F的上限值，图7表示与水平成分相关而被限定的复原力F的上限值。如图所示，从反作用力的垂直成分以及水平成分的任一观点来看，操作部件7的倾斜角度小时能够增大复原力F。

在倾斜角度45°以上时，由于水平方向的荷重比垂直方向的大，故而手指难以在水平方向上擦过。即，需要设定为倾斜角度45°以下。此时，倾斜角度45°以下时，满足图6、图7的条件式的复原力F为1N以下。

图8～10表示本发明第二实施方式的便携信息终端1a。另外，关于本实施方式，对于与第一实施方式的便携信息终端1相同的结构要素标注相同符号，省略重复的说明，本实施方式的便携信息终端1a将输入装置2的操作部件7大致形成为侧面的倾斜相对于XY平行形成约17°的四棱锥台状。

这样，若将操作部件7形成为四棱锥台状，则操作部件7的四个侧面分别向XY方向的政府朝向倾斜。由此，使用者擦过操作部件7时的手指的移动距离即使短，由手指的移动也能够容易地把握输入位移的方向。

第一实施方式以及第二实施方式的输入装置2具有可进行对应于操作部件7的位移量的坐标输出的霍尔IC13。但是，操作部件7在使用者擦过操作部件7期间几乎表示最大位移。因此，输入装置2在输出对应于操作部件7的位移而变化的值的结构之外，也可以设有在操作部件7的位移量为一定量以上时在X方向正负以及Y方向正负的各个方向上分别进行触点输出的开关。此时，图3的流程图的步骤S3中，确认开关是否导通，在步骤S6中只要将操作量V设定为预先设定的一定值即可。

Claims (11)

1.一种输入装置，其特征在于，具有：

操作部件，使用者能够由手指擦过该操作部件；

检测机构，在使用者擦过所述操作部件时，该检测机构检测在规定的输入方向上对所述操作部件作用的力的成分。

2.如权利要求1所述的输入装置，其特征在于，

所述操作部件根据在所述输入方向上作用的力的成分而位移，并且可动范围被限制，以使在所述输入方向上作用的力为1N以下时其位移最大，所述操作部件可操作的部分的表面相对于所述输入方向的倾斜为45°以下，

所述检测机构根据所述操作部件的位移量来检测在所述输入方向上作用的力的成分。

3.如权利要求1或2所述的输入装置，其特征在于，所述操作部件的最大位移为1mm以下。

4.如权利要求1或2所述的输入装置，其特征在于，所述操作部件在可操作的部分上不具有超过0.2mm的凹凸。

5.如权利要求1或2所述的输入装置，其特征在于，所述操作部件的可操作的部分在所述输入方向上的尺寸为20mm以下。

6.如权利要求1或2所述的输入装置，其特征在于，所述输入方向为相互正交的两个方向。

7.如权利要求6所述的输入装置，其特征在于，所述操作部件能够在与所述输入方向的两个方向正交的方向按下，所述操作部件还具有用于检测所述操作部件的按下的触点机构。

8.一种指示器，其特征在于，具有权利要求1～2、7中任一项所述的输入装置、以及可显示位置的显示装置，在每规定时间，使显示位置移动与由所述检测机构检测到的摩擦力相对应的距离。

9.如权利要求8所述的指示器，其特征在于，在所述检测机构检测到的摩擦力为规定的检测阈值以上的状态的持续时间为规定的时间阈值以上时，所述显示装置的显示位置对应于所述检测机构检测到的摩擦力和所述持续时间而移动。

10.如权利要求9所述的指示器，其特征在于，在所述持续时间小于所述时间阈值时，基于所述检测机构检测到的摩擦力判别在所述操作部件上作用的摩擦力的方向，并且根据在所述操作部件上作用的摩擦力的方向使所述显示装置的显示位置位移。

11.一种电子设备，其特征在于，具有权利要求8所述的指示器。

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