JP3877484B2

JP3877484B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP3877484B2
Application number: JP2000053383A
Authority: JP
Inventors: 寛重高; 秀人松房
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: CN1183435C; JP2001243010A; US6535203B2; US20010024194A1; CN1311470A; TW502201B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ入力用として使用されるパッド型の入力装置に係り、特に指などの導電体とペンなどの非導電体の双方で操作することができる入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータなどに使用されるポインティングデバイスとしては、パッド型の入力装置が採用されており、特にノート型のコンピュータに多く搭載されている。このタイプの入力装置は、操作面が平面状のシートにより形成されており、シート表面を指などで操作することにより、例えば画面上に表示されたマウスカーソルを所望の方向へ移動させる座標データを入力することができる。
【０００３】
従来の入力装置は、検出手段として静電容量式によるものと感圧式によるものとがあり、静電容量式では静電容量の変化を測定することにより、感圧式では電圧変化を測定することにより、そのときの座標を検出することができるようになっている。また、感圧式のみを用いて指などの導電体による操作とペンなどの非導電体による操作との双方を可能にした入力装置も市販されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、指での操作とペンでの操作のいずれでも操作可能に実現しよとすると、上記した感圧式の入力装置では、指などで操作したときの検出感度が鈍り、例えばマウスカーソルを意図したところへ移動させることができず、操作感を損うものであった。
【０００５】
そこで、静電容量式の入力装置と感圧式の入力装置との双方が組み込まれた入力装置も提案されている。しかし、この入力装置は、指で操作したときの操作感は損われないものの、静電容量側の基板及び感圧側の基板と、回路基板側とを電気的に接続する場合に、静電容量基板と感圧基板とからそれぞれ外方へ引き出し部を形成し、この引き出し部を回路基板に形成された挿し込み口に挿し込まなければならず、装置が大型化し、さらには薄型化を図ることが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、指などの導電体であってもペンなどの非導電体であっても操作感を損うことがなく、さらに小型化及び薄型化を図ることができる入力装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に、導電パターンと、前記導電パターンと対向する高抵抗の抵抗体と、前記高抵抗の抵抗体の周囲に設けられた前記高抵抗よりも低抵抗の抵抗体とを有し、Ｘ方向に対向する前記低抵抗の抵抗体間と、Ｙ方向に対向する前記低抵抗の抵抗体間に、交互に電圧が印加され、所定圧力で操作されたときの前記導電パターンと前記高抵抗の抵抗体との接触により前記低抵抗の抵抗体と前記導電パターンとの間で検出される電圧に基づいて座標が検出される感圧式検出部と、
Ｘ電極とＹ電極とが絶縁層を介して互いに対向して設けられ、導電体を用いて操作したときに前記Ｘ電極と前記Ｙ電極との間の静電容量を変化させて座標を検出する静電容量式検出部とが積層されて、前記静電容量式検出部が操作面側に位置しており、
前記静電容量式検出部、前記感圧式検出部、及び前記基板を貫通するスルーホールが複数設けられ、各スルーホールに導電材が充填されることにより、前記Ｘ電極と前記基板間が、前記Ｙ電極、前記抵抗体、及び前記導電パターンと絶縁状態を保ちながら前記スルーホールを介して電気的に接続され、前記Ｙ電極と前記基板間が、前記Ｘ電極、前記抵抗体、及び前記導電パターンと絶縁状態を保ちながら前記スルーホールを介して電気的に接続され、さらに、前記低抵抗の抵抗体と前記基板間が、前記Ｘ電極、前記Ｙ電極、及び前記導電パターンと絶縁状態を保ちながら前記スルーホールを介して電気的に接続されることを特徴とするものである。
【０００８】
また上記において、前記静電容量式検出部は、非導電体による操作時に、前記感圧式検出部を押圧可能な柔軟性を有していることが好ましい。
【０００９】
上記手段により、指などの導電体により操作されるときには静電容量式検出部により検出させることで操作感触を損なうことが防止され、さらにペンなどの非導電体により操作されるときには感圧式検出部により検出させることで精度よく検出することができる。すなわち、ペンなどの非導電体で操作された場合には、静電容量式検出部では静電容量の変化は起こらないため検出されず、感圧式検出部側によって検出されることになる。
【００１１】
前記のように高抵抗の抵抗体の周囲に低抵抗の抵抗体を設け、前記低抵抗の抵抗体をＸ方向とＹ方向に対向する電極として使用すると、高抵抗の抵抗体と導電体とが接触したときに、Ｘ方向での抵抗変化とＹ方向での抵抗変化とを、互いに干渉することなく且つ高精度に検出できる。
【００１４】
この場合に、前記基板の裏側に、前記感圧式検出部および／または静電容量式検出部を動作させる回路素子が実装されており、前記基板の裏面に設けられた回路パターンを介して、前記スルーホールと前記回路素子とが接続されているものとして構成できる。
【００１５】
上記により、静電容量式検出部および感圧式検出部に対していずれも外方へ引き出し部を形成して基板に接続する必要がなくなり、装置の小型化を図ることができ、さらには薄型化を図ることができる。さらに部品点数をより少なくすることができるためコストダウンを図ることができる。
【００１６】
また本発明は、前記静電容量式検出部の表面側に絶縁体を介してフェイスシートが設けられていることが好ましい。
【００１７】
例えば、静電容量式検出部の表面にレジスト膜からなる絶縁体を印刷し、接着剤を介してフェイスシートを固定することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の入力装置の使用形態を示す斜視図、図２は本発明の入力装置を示す分解斜視図、図３は図２のラインＬ１部分の一部拡大断面図、図４は感圧式検出部の一部を示す断面図、図５は図４の５−５線の断面図、図６は入力装置に設けられた基板の裏面図である。
【００１９】
入力装置１０は、図１に示すようにノート型のパーソナルコンピュータ２０に組み込まれて使用され、キーボード本体Ｋの手前に設けられたスペースに組み込まれる。なお、入力装置１０は、コンピュータ２０と一体である必要はなく、別体で形成してＰＳ／２インターフェースやＵＳＢインターフェースなどを介して接続するタイプであってもよい。
【００２０】
入力装置１０は、図２に示すように、静電容量式検出部１と感圧式検出部１１とが積層され、静電容量式検出部１の表面にはフェイスシート４が設けられ、最下層には基板３が設けられている。なお、基板３は感圧式検出部１１の一部を構成している。
【００２１】
静電容量式検出部１は、Ｘ方向検出電極６とＹ方向検出電極７とが樹脂シート５を間に挟んで設けられ、Ｘ方向検出電極６の表面にはレジスト膜８が設けられ、Ｙ方向検出電極７の下面には絶縁性を有する樹脂シート９が設けられて構成されている。
【００２２】
樹脂シート５は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂を角型のシート状に形成してなるものであり、絶縁性を有し所定の誘電率を有している。
【００２３】
また樹脂シート５の縁部の一辺には、一面側から他面側へと貫通する複数のスルーホール５ＸがＸ軸方向に並んで形成され、さらにもう一辺には一面側から他面側へと貫通する複数のスルーホール５ＹがＹ軸方向に並んで形成されている。さらに樹脂シート５の４角には、グランド用のスルーホール５ａがそれぞれ形成され、前記スルーホール５ａの近傍にはさらに別のスルーホール５ｂがそれぞれ形成されている。
【００２４】
Ｘ方向検出電極６は、Ａｇ系ペーストなどを印刷形成してなるものであり、複数本のＸ電極６ｘが樹脂シート５に平行に設けられている。同様にして、Ｙ方向検出電極７は、複数本のＹ電極７ｙが樹脂シート５に平行に設けられている。
【００２５】
これらＸ方向検出電極６とＹ方向検出電極７とは、前記樹脂シート５を挟んで対向して設けられるものであり、各Ｘ電極６ｘの一端が前記スルーホール５Ｘの上に位置するように設けられ、各Ｙ電極７ｙの一端が前記スルーホール５Ｙの下に位置するように設けられる。図２に示すように、Ｘ電極６ｘとＹ電極７ｙとがマトリックス状に配置されている。
【００２６】
さらにＸ方向検出電極６の表面に設けられた前記レジスト膜８は、Ｘ方向検出電極６の一面を覆うように印刷法により形成される。またこのときレジスト膜８には、各Ｘ電極６ｘの一端と対向する位置にレジスト膜８を貫通するスルーホール８Ｘがそれぞれ形成され、各Ｙ電極７ｙの一端と対向する位置にレジスト膜８を貫通するスルーホール８Ｙがそれぞれ形成される。さらに、レジスト膜８には、樹脂シート５のスルーホール５ａ，５ｂが形成される位置にスルーホール８ａ，８ｂがそれぞれ形成される。
【００２７】
Ｙ方向検出電極７の裏面に設けられた前記樹脂シート９は、絶縁性を有するＰＥＴなどで形成され、樹脂シート５と同程度の大きさに形成される。このとき樹脂シート９には、前記スルーホール５Ｘと対向する位置にスルーホール９Ｘが形成され、前記スルーホール５Ｙと対向する位置にスルーホール９Ｙが形成される。さらに前記スルーホール５ａ，５ｂが形成される位置にスルーホール９ａ，９ｂが形成される。
【００２８】
さらに、樹脂シート９の裏面（下面）には、周縁部を除く一面にグランド層１２（点線部分）が形成される。グランド層１２は、Ａｇ系ペーストまたはＣｕ箔などの低い抵抗値の抵抗体により形成される。またグランド層１２は、スルーホール９ｂを避けてスルーホール９ａ（１個所）まで延出して形成されている。上記により、静電容量式検出部１の裏側からの影響を遮断するシールドが形成されている。
【００２９】
前記感圧式検出部１１は、樹脂シート２と基板３との間の隙間に形成されている。
【００３０】
樹脂シート２は、絶縁性を有するＰＥＴなどの樹脂がシート状に形成されたものであり、その周縁部に前記スルーホール９Ｘ，９Ｙ，９ａ，９ｂと対向する位置に樹脂シート２を貫通するスルーホール２Ｘ，２Ｙ，２ａ，２ｂがそれぞれ形成されている。
【００３１】
図４に示すように、樹脂シート２の裏面には、抵抗層１３が形成されている。この抵抗層１３は、図４，図５に示すように高抵抗の抵抗体１３ａと低抵抗の抵抗体１３ｂとを有し、抵抗体１３ａは樹脂シート２の周縁部を除く一面に四角形状に形成され、且つ抵抗体１３ａの周縁部に抵抗体１３ｂが積層されている。このときの抵抗体１３ａと抵抗体１３ｂとの抵抗値は、面積抵抗値として抵抗体１３ａが約１００ｋΩ／□に対して抵抗体１３ｂが約４０Ω／□程度に設定されることが好ましいが、これに限定されるものではない。抵抗体１３ａと抵抗体１３ｂとの抵抗比が小さすぎると通電したときに０Ｖから５Ｖまでの間において一定の傾きを有するリニアな検出値を得ることができない。
【００３２】
抵抗体１３ｂは、１つの連続したラインにより形成され、且つ４つの角部には前記スルーホール２ｂまで前記抵抗体１３ｂが延出して形成されている。また抵抗体１３ａと抵抗体１３ｂの表面には、絶縁性を有する複数の半球状のスペーサ１４がＸ軸方向及びＹ軸方向へ等間隔に突出して形成されている。
【００３３】
さらに、樹脂シート２の周縁部は、レジスト膜１６により被覆されている。図３に示すように、レジスト膜１６には、スルーホール２Ｘと対向する位置にスルーホール１６Ｘが形成されている（スルーホール２Ｙ，２ａ，２ｂについても同様）。このときの、レジスト膜１６の表面とスペーサ１４の高さとが同一の高さ寸法となるようにレジスト膜１６の厚みとスペーサ１４の径とが設定される。これにより、抵抗層１３と導電パターン（導電体）１５との間の間隔がいずれの場所においても一定に保たれる。
【００３４】
基板３は、ガラスエポキシ樹脂製などからなり、前記抵抗層１３との対向面に銅や金などの前記導電パターン１５が形成されている。また基板３には、前記スルーホール２Ｘ，２Ｙ，２ａ，２ｂと対向する位置にスルーホール３Ｘ，３Ｙ，３ａ，３ｂがそれぞれ形成されている。これらスルーホール３Ｘ，３Ｙ，３ａ，３ｂには、図３に示すように、基板３の表面から裏面にかけて銅箔などによる電極２４が形成されている。
【００３５】
なお、図示していないが、導電パターン１５には、基板３の裏側と導通する導通部が設けられている。
【００３６】
図６に示すように、例えば、基板３の裏側には、制御部および検出部２１、電源回路２２、および記憶部２３などを構成する電子回路素子が実装されており、基板３には制御部および検出部２１と前記スルーホール３Ｘ，３Ｙとを導通させるための電極２４が設けられている。制御部および検出部２１は、入力された操作信号を所定のフォーマットに変換等している。また電源回路２２は、スルーホール３ｂと導通されており、各スルーホール３ｂに対して所定電圧が与えられ、記憶部２３では入力された信号がコンピュータ本体に送られる。
【００３７】
フェイスシート４は、ＰＥＴなどの樹脂シートにより形成され、前記レジスト膜８の表面に接着剤などを用いて固定される。またフェイスシート４の表面には、しぼ面が形成されるようなコーティングを施してもよい。
【００３８】
上記のように形成することにより、静電容量式検出部１の各Ｘ電極６ｘは、図２のラインＬ１で示すように、スルーホール８Ｘ，５Ｘ，９Ｘ，２Ｘ，１６Ｘ，３Ｘに連続している。図３に示すように、これらスルーホール８Ｘ，５Ｘ，９Ｘ，２Ｘ，１６Ｘ，３Ｘで形成された貫通孔Ｈに導電材１７としてＡｇ系ペーストがレジスト膜８側または基板３側から充填されることにより、Ｘ電極６ｘと基板３に形成された電極２４とが導通される。図３では、導電材１７が、Ｙ電極７ｙ、グランド層１２、抵抗層１３のいずれとも導通しないようになっている。
【００３９】
またＹ電極７ｙは、図２のラインＬ２で示すように、スルーホール８Ｙ，５Ｙ，９Ｙ，３Ｙに連続している。これらスルーホール８Ｙ，５Ｙ，９Ｙ，３Ｙによって形成された貫通孔に導電材１７が充填されることにより、Ｙ電極７ｙと基板３のみが導通させられる。
【００４０】
図２のラインＬ３に示すように、スルーホール８ａ，５ａ，９ａ，２ａ，３ａが連続して形成され、これらスルーホール８ａ，５ａ，９ａ，２ａ，３ａからなる貫通孔に導電材１７を充填することにより、グランド層１２が接地電位となって、静電容量式検出部１がシールドされる。
【００４１】
さらに、ラインＬ４に示すようにスルーホール８ｂ，５ｂ，９ｂ，２ｂ，３ｂが連続して形成され、これらスルーホール８ｂ，５ｂ，９ｂ，２ｂ，３ｂからなる貫通孔に対して導電材１７が充填されて、上記の抵抗体１３ｂと基板３のみが導通させられる。なお、図示していないが、上記においてレジスト膜１６に形成されたスルーホールも貫通孔の一部として形成されているものとする。
【００４２】
上記のようにして各スルーホールに導電材１７が充填された後に、フェイスシート４とレジスト膜８との間に接着層などを設けてフェイスシート４が表面に固定される。
【００４３】
上記の入力装置１０に形成された静電容量式検出部１は、フェイスシート４の表面がペンなどの非導電体により操作されたときに感圧式検出部１１の樹脂シート２が撓む程度のやわらかさで形成されている。
【００４４】
次に、上記入力装置１０の動作について説明する。
この入力装置１０では、操作者が指などの導電体によって操作すると静電容量式検出部１によって検出が行なわれ、検出値が得られなくなるまで検出が続行される。また操作者がペンなどの非導電体によって操作すると感圧式検出部１１により検出が行なわれ、検出値が出力されなくなるまで検出が続行される。あるいは、導電体と非導電体による操作に拘わらず静電容量式検出部１と感圧式検出部１１とを交互に検出するようにしてもよい。
【００４５】
前記入力装置１０が指で操作されたときには、前記樹脂シート５を介して形成さたＸ方向検出電極６とＹ方向検出電極７において、Ｘ方向検出電極６からＹ方向検出電極７へ向かう電気力線の一部が操作者の指に吸収され、それによってＹ方向検出電極７に吸収される電気力線が減って静電容量が変化するという現象が起こり、この容量変化に応じて変化する電流出力値に基づいて、指を押し当てた座標位置を検出することができる。この検出動作は図６に示す基板３の裏面に実装された制御部および検出部２１を形成する電子回路素子により実行される。
【００４６】
また前記入力装置１０がペンで操作されたときには、静電容量式検出部１が撓んでその下の感圧式検出部１１が動作させられる。図５を参照して説明すると、図６に示す電源回路２２により、抵抗体１３ｂのＡ点とＢ点に対して０Ｖ（ボルト）が与えられ且つＣ点とＤ点に対して５Ｖが与えられることにより、ＡＢ側からＣＤ側へのＸ方向へ電位の変化を０Ｖから５Ｖまでの間でほぼリニアに変化させることができる。次いでＢ点とＣ点に対して０Ｖが与えられ且つＡ点とＤ点に対して５Ｖが与えられることにより、ＢＣ側からＡＤ側へのＹ方向へ電位の変化が０〜５Ｖの間でほぼリニアに変化させられる。上記のようにして、Ｘ軸方向の電位とＹ軸方向の電位とが交互に変化するように時分割された電圧が与えられる。
【００４７】
例えば、図５のＰ点をペンで押圧した場合に、Ｐ点で高抵抗の抵抗体１３ａと導電パターン１５とが接触する。よってＡ−Ｂ間の低抵抗の抵抗体１３ｂと前記Ｐ点に接触している導電パターン１５との間の電圧Ｖｘは、Ａ−Ｂ間の抵抗体１３ｂとＰ点との距離に対応した抵抗値に応じて検出される。同様にしてＢ−Ｃ間の抵抗体１３ｂとＰ点との距離に応じて、抵抗体１３ｂと導電パターン１５との間の電圧Ｖｙが得られる。前記電圧ＶｘとＶｙとが、基板３に設けられた制御部および検出部２１で検出されることにより、Ｐ点の座標が認識される。
【００４８】
図５に示すように感圧式検出部１１の抵抗層１３は、高抵抗の抵抗体１３ａの周囲に低抵抗の抵抗体１３ｂが形成された構造であるため、この抵抗体１３ａに対してＸ方向とＹ方向への電圧を交互に印加したときにＸ方向とＹ方向への電圧の漏れが少なく、またＣ−Ｄ間とＡ−Ｄ間の電位の変動も小さくできる。
【００４９】
また、図示していないが、樹脂シート５の縁部にはＸ方向検出電極６側のＸ電極６ｘに接触しない位置、またはＹ方向検出電極７側のＹ電極７ｙに接触しない位置に、静電気を逃がすための接地用パターンが設けられていてもよい。このときの接地用パターンは、前記スルーホール８ａ，５ａ，９ａ，２ａ，３ａを介して入力装置１０の外部へ逃がすことができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明は、指でもペンでも操作感を損なうことなく入力操作が可能であり、例えば指で意図したところへマウスカーソルを移動させることができ、ペンでのサイン入力や描画を可能にする。さらに、静電容量式検出部と感圧式検出部とを基板に接続するときに引き出し部を設けずに基板と接続することができるため、装置の小型化及び薄型化を図ることが可能になる。
【００５１】
また、部品点数を減らすことができるためコスト的に安価に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の入力装置をコンピュータに搭載したときの形態を示す斜視図、
【図２】本発明の入力装置を示す分解斜視図、
【図３】図２のラインＬ１部分の一部拡大断面図、
【図４】感圧式検出部の一部を示す断面図、
【図５】図４の５−５線で切断したときの断面図、
【図６】本発明の入力装置に設けられた基板の裏面図、
【符号の説明】
１静電容量式検出部
２樹脂シート
２Ｘ，２Ｙ，２ａ，２ｂスルーホール
３基板
３Ｘ，３Ｙ，３ａ，３ｂスルーホール
４フェイスシート
５樹脂シート
５Ｘ，５Ｙ，５ａ，５ｂスルーホール
６Ｘ方向検出電極
６ｘＸ電極
７Ｙ方向検出電極
７ｙＹ電極
８レジスト膜
８Ｘ，８Ｙ，８ａ，８ｂスルーホール
９樹脂シート
９Ｘ，９Ｙ，９ａ，９ｂスルーホール
１０入力装置
１１感圧式検出部
１２グランド層
１３抵抗層
１３ａ高抵抗の抵抗体
１３ｂ低抵抗の抵抗体
１４スペーサ
１５導電パターン
１６レジスト膜

Claims

基板上に、導電パターンと、前記導電パターンと対向する高抵抗の抵抗体と、前記高抵抗の抵抗体の周囲に設けられた前記高抵抗よりも低抵抗の抵抗体とを有し、Ｘ方向に対向する前記低抵抗の抵抗体間と、Ｙ方向に対向する前記低抵抗の抵抗体間に、交互に電圧が印加され、所定圧力で操作されたときの前記導電パターンと前記高抵抗の抵抗体との接触により前記低抵抗の抵抗体と前記導電パターンとの間で検出される電圧に基づいて座標が検出される感圧式検出部と、
Ｘ電極とＹ電極とが絶縁層を介して互いに対向して設けられ、導電体を用いて操作したときに前記Ｘ電極と前記Ｙ電極との間の静電容量を変化させて座標を検出する静電容量式検出部とが積層されて、前記静電容量式検出部が操作面側に位置しており、
前記静電容量式検出部、前記感圧式検出部、及び前記基板を貫通するスルーホールが複数設けられ、各スルーホールに導電材が充填されることにより、前記Ｘ電極と前記基板間が、前記Ｙ電極、前記抵抗体、及び前記導電パターンと絶縁状態を保ちながら前記スルーホールを介して電気的に接続され、前記Ｙ電極と前記基板間が、前記Ｘ電極、前記抵抗体、及び前記導電パターンと絶縁状態を保ちながら前記スルーホールを介して電気的に接続され、さらに、前記低抵抗の抵抗体と前記基板間が、前記Ｘ電極、前記Ｙ電極、及び前記導電パターンと絶縁状態を保ちながら前記スルーホールを介して電気的に接続されることを特徴とすることを特徴とする入力装置。
前記静電容量式検出部は、前記感圧式検出部を押圧可能な柔軟性を有している請求項１記載の入力装置。
前記基板の裏側に、前記感圧式検出部及び前記静電容量式検出部を動作させる回路素子が実装されており、前記基板の裏面に設けられた回路パターンを介して、前記スルーホールと前記回路素子とが接続されている請求項１又は２に記載の入力装置。
前記静電容量式検出部の表面側に絶縁体を介してフェイスシートが設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の入力装置。