JP5238586B2

JP5238586B2 - 入力装置

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Publication number: JP5238586B2
Application number: JP2009094461A
Authority: JP
Inventors: 寛重高; 貞一志賀; 克巳加藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-04-09
Also published as: US20100259495A1; JP2010244438A

Description

本発明は、パーソナルコンピュータなどに搭載されて指などの指示体が触れた座標位置を検知できるとともに、指などで押したときの操作も検知できる入力装置に関する。

ブック型のパーソナルコンピュータの操作部には、複数のキートップが配列したキーボード装置が設けられている。このキーボード装置よりも手前側には指で座標データの入力を行う座標入力装置と、さらに座標入力装置よりも手前側に２つの押釦が設けられている。座標入力装置は、複数のＸ電極と複数のＹ電極が互いに絶縁されて設けられており、導電体である人の指が操作面に触れたときの電極間の静電容量の変化を検知し、通常はマウスの入力信号と同等の入力信号が生成される。座標入力装置の手前側に設けられた２つの押釦は右クリック釦と左クリック釦であり、この押釦が押されると、通常はマウスに設けられた右クリック釦または左クリック釦が押されたのと同等のクリック信号が生成される。

最近のブック型などのパーソナルコンピュータは薄型化と小型化が進められているため、操作部にキーボード装置と座標入力装置および２つの押釦を設置するのがスペース上難しくなってきており、２つの押釦を設けたがために座標入力装置の操作面が小さくなって、指で操作しずらくなるなどの問題が生じている。

以下の特許文献１に記載された発明は、携帯用の電子機器の操作部に静電容量式の入力装置が設けられ、その入力面にキー入力部を指示する表示が施されている。入力面を指で操作したときに、どのキー入力部の表示に指が触れたかを認識してキー入力のデータが生成されるとともに、前記入力面が、座標データの入力部としても使用可能となっている。すなわち、共通の座標入力装置で、キー入力と座標入力の双方の入力が可能となっている。

これに対し、パーソナルコンピュータに設けられた座標入力装置の場合は、操作面上で指を移動させて座標データを入力する操作と、右クリック釦や左クリック釦を押圧する操作とが頻繁に繰り返して行われるため、共通の座標入力装置の検知データを分析して、座標データの入力とキー入力とを区別して認識することが難しい。そのために、座標入力装置の他に右クリック釦と左クリック釦を別個に備えることが必須とされていた。

特開２００２−１２３３６３号公報

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、静電容量の変化などを検知する座標入力部材の操作面を操作することで、スイッチ信号を生成できるようにし、座標データの入力とスイッチ入力の双方の入力を可能とした入力装置を提供することを目的としている。

本発明は、所定の面積を有し指示体が触れた位置を検知できる座標入力部材と、前記座標入力部材が押されことを検知する検知部材と、を有する入力装置において、
前記座標入力部材は、前記指示体が触れた位置を検知する検知シートと、前記検知シートと重ねられた補強板とを有しており、
前記補強板は、境界部にヒンジを有して固定部と可動部とに区分されて、前記固定部と前記可動部の双方が、前記検知シートと重ねられた検知領域となっており、
前記可動部が押されたときに、前記可動部が厚さ方向へ移動して前記検知部材が動作させられることを特徴とするものである。

本発明の入力装置は、座標入力装置の入力面に指などの指示体が触れるとその位置が検知されて座標データが生成され、入力面が指示体で直接に押されて検知部材が動作すると、座標データとは別個のスイッチデータが生成される。

本発明は、座標入力部材の一部である可動部を押して検知部材を動作させることにより、座標入力の操作と押釦入力の操作とを、異なる感触の操作として区別して行うことが容易になる。また、入力信号として、座標データとスイッチデータを区別されたデータとして出力できるので、入力信号を受けた本体側の処理動作が容易になる。

本発明では、前記可動部が２箇所に設けられていることが好ましい。この場合に、一方の可動部を右クリック釦と同等の入力部として使用し、他方の可動部を左クリック釦と同等の入力部として使用することができる。

例えば、前記検知部材は押圧スイッチである。または、前記検知部材として押されたときに電圧を発生する圧電素子を使用し、座標入力部材で押されたときに、検知信号を生成するとともに、前記座標入力部材に対して反応動作を与えるものとすることが可能である。

本発明は、座標入力部材の入力面に指などの指示体を触れさせることで座標入力ができ、同じ入力面を押すことでスイッチ入力が可能となる。よって、座標入力装置の入力面とは別の押釦を設ける必要がなくなり、小型の操作部にキーボード装置などと一緒に座標入力部材を実装しやすくなる。また小型の操作部において、広い面積の入力面を有する座標入力部材を配置できるようなる。

（Ａ）は参考例の入力装置の入力面を示す平面図、（Ｂ）は座標入力装置と検知部材との関係を示す正面図、（Ａ）は参考例の入力装置の入力面を示す平面図、（Ｂ）は座標入力装置と圧電素子で形成された検知部材との関係を示す正面図、（Ａ）は本発明の実施の形態の入力装置の入力面を示す平面図、（Ｂ）は座標入力装置の可動部と検知部材との関係を示す正面図、（Ａ）は参考例の実施の形態の入力装置の入力面を示す平面図、（Ｂ）は座標入力装置の可動部と検知部材との関係を示す正面図、

図１（Ａ）（Ｂ）に示す参考例の形態の入力装置１は、ブック型のパーソナルコンピュータの操作部において、キーボード装置の手前側に配置される。

入力装置１は座標入力部材２を有している。座標入力部材２は、検知シート３と、この検知シート３を裏側から支持する硬質基板４とを有している。

検知シート３は、平行に配列する複数のＸ電極と、前記Ｘ電極と直交する向きで平行に配列する複数のＹ電極と、Ｘ電極またはＹ電極と平行に設けられた複数の検知電極とを有している。Ｘ電極とＹ電極および検知電極は、可撓性の樹脂シートで形成された基材の表面に互いに絶縁されて形成されている。検知シート３の最表面は絶縁層であり、この絶縁層の表面が平坦な入力面３ａである。

硬質基板４の裏側には駆動回路と検知回路を有するＩＣチップが実装されている。前記駆動回路によって、複数のＸ電極に順番に矩形波のパルス電圧が印加され、これとは異なるタイミングで、複数のＹ電極に順番の矩形波のパルス電圧が印加される。いずれかのＸ電極にパルス電圧が与えられるときに、そのＸ電極に導電性の指示体である指５が接近していると、Ｘ電極と指５との間に静電容量が形成されるために、Ｘ電極からこれに直近の検知電極に流れる電流が、指５が接近していないときよりも低下する。したがって検知回路で、検知電極に流れた電流の変化を検知し、またどのＸ電極に電圧を印加しているかを識別することで、指５が入力面３ａに触れている場所のＸ座標を特定できる。

同様に、検知回路で、検知電極に流れた電流の変化を検知し、またどのＹ電極に電圧を印加しているかを識別することで、指５が入力面３ａに触れている場所のＹ座標を特定できる。

硬質基板４はガラス基板またはエポキシ基板などであり、指５の押圧力によって大きく変形しない程度の剛性を有している。

図１（Ｂ）に示すように、座標入力部材２は、電子機器の本体基台６に支持機構１０を介して支持されている。支持機構１０は２組設けられ、一方の支持機構１０が、座標入力部材２の手前側の縁部３ｂの内側部分を支持し、他方の支持機構１０が、座標入力部材２の奥側の縁部３ｃの内側部分を支持している。

支持機構１０は、２つのリンク部材１３と１６を有しており、リンク部材１３の中央部とリンク部材１６の中央部が、支点軸１７によって回動自在に連結されている。リンク部材１３の一方の端部１１は、本体基台６に回動自在に支持され、リンク部材１３の他方の端部１２は、硬質基板４の下面で右方向へスライド自在で且つ回動自在に支持されている。リンク部材１６の一方の端部１４は、硬質基板４の下面に回動自在に支持され、リンク部材１６の他方の端部１５は、本体基台６の上面で右方向へスライド自在で且つ回動自在に支持されている。

硬質基板４が２組の前記支持機構１０で支持されていることで、座標入力部材２は、その入力面３ａが水平な姿勢を維持したまま本体基台６に接近する方向と離れる方向とへ移動自在である。また、本体基台６と硬質基板４との間には、付勢部材である圧縮コイルスプリング１８が介在しており、その弾性力によって、座標入力部材２が本体基台６から離れる方向へ付勢されている。

図１（Ｂ）に示すように、硬質基板４の下には検知部材として押圧スイッチ２１が設けられており、本体基台６には、前記押圧スイッチ２１に対向する押圧部材２２が上向きに突出して設けられている。図１（Ａ）に示すように、前記押圧スイッチ２１および押圧部材２２は、座標入力部材２の長方形の入力面３ａの中心に位置している。なお、硬質基板４に押圧部材２２が設けられ、本体基台６に押圧スイッチ２１が設けられていてもよい。

座標入力部材２の入力面３ａに比較的軽い力で指５を触れると、検知シート３の検知動作によって、指５が触れている場所が、Ｘ−Ｙ座標上の位置として検知される。入力面３ａに触れた指５を移動させると、その移動方向と移動距離とが検知される。検知シート３で検知された座標位置に関する検知出力が、コンピュータにインストールされているドライバソフトに与えられると、通常はマウスを動かしているのと同等の入力データが生成されて、オペレーティングシステムに通知される。この操作によって、画面に表示されているカーソルを移動させたり、メニューを選択したり、または手書き入力で文字を書き込むなどの入力が可能になる。

入力面３ａに触れている指５で座標入力部材２が強く押されると、座標入力部材２が下降して押圧スイッチ２１がＯＮになり、そのスイッチ信号がドライバソフトに与えられる。ドライバソフトは、スイッチ信号を受けたときに、検知シート３からの検知信号に基づいて入力面３ａで指５が触れている場所を判定する。指５が触れている場所が予め設定されている右クリック領域３Ｒであると判定されると、ドライバソフトでマウスの右クリック釦が押されたのと同じ右クリック信号が生成されてオペレーティングシステムに通知される。スイッチ信号を受けたときに、指５が左クリック領域３Ｌに触れていると検知されたときは、ドライバソフトでマウスの左クリック釦が押されたのと同じ左クリック信号が生成されて、オペレーティングシステムに通知される。

右クリック信号と左クリック信号が通知されると、メニューの決定や移動範囲の決定など、予め割り当てられている種々の処理動作が行われる。

図１（Ａ）に示す例では、使用頻度が比較的高い右クリック領域３Ｒが、これよりも使用頻度の低い左クリック領域３Ｌよりも広い範囲で設定されている。ただし、コンピュータのコントロールパネルでドライバソフトへの設定の変更を行うことにより、右クリック領域３Ｒと左クリック領域３Ｌの位置および大きさを自由に設定できる。例えば、左クリック領域３Ｌを入力面３ａの左端に小さな面積で設定してもよいし、または入力面３ａの右半分を右クリック領域３Ｒとし、左半分を左クリック領域として設定してもよい。あるいは、入力面３ａの右縁部３ｄに沿う帯状の部分に右クリック領域を設定し、左縁部３ｅに沿う帯状の部分に左クリック領域を設定してもよい。

上記のように、入力面３ａに右クリック領域３Ｒと左クリック領域３Ｌを設定することで、入力面３ａに指５を触れて通常のマウス入力と同じ操作をしている途中で、指で入力面３ａを強く押すことで、右クリック釦入力と左クリック釦入力を行うことができる。よって、入力面３ａ以外の領域に２つの押釦を別個に設けなくても、座標データの入力と２つのクリック信号の入力を確実に区別して行うことが可能になる。

図２に示す参考例の実施の形態の入力装置１０１は、検知シート３と硬質基板４とが重ねられた座標入力部材２が、比較的薄型の枠体３１の内部に収納されている。枠体３１の内部では、枠体３１の底部３１ａと硬質基板４との間にゴムや薄い板ばねなどの弾性部材３４が介在しており、弾性部材３４の付勢力により座標入力部材２が底部３１ａから離れる方向へ付勢されている。枠体３１の前方には、座標入力部材２が前方へ飛び出すのを防止するストッパ枠３１ｂが設けられている。

座標入力部材２の硬質基板４の下面には、検知部材として圧電素子３５が設けられ、枠体３１の底部３１ａには、前記圧電素子３５に対向する押圧突起３６が設けられている。図２（Ａ）に示すように、圧電素子３５と押圧突起３６は、入力面３ａの中心に位置している。なお、枠体３１の底部３１ａに圧電素子３５が設けられて、硬質基板４に押圧突起３６が設けられていてもよい。

図２に示す入力装置１０１は、指５を入力面３ａに触れ、また移動させることで座標データの入力ができ、このとき、ドライバソフトではマウスの入力データと同等のデータが生成されてオペレーションシステムに与えられる。

指５で入力面３ａを押すと、圧電素子３５と押圧突起３６とが当たって、圧電素子３５に歪が与えられ、圧電素子３５に電圧が発生する。硬質基板４の下面に実装されたＩＣチップ内の検知回路で前記電圧が検知されると、ドライバソフトにスイッチ信号が与えられる。ドライバソフトは、このときに指５が入力面３ａの右クリック領域３Ｒに触れていたと判断したら、右クリック信号を生成し、指５が左クリック領域３Ｌに触れていたと判断したら、左クリック信号を生成する。

図１に示した入力装置１と同様に、右クリック領域３Ｒと左クリック領域３Ｌの場所と大きさは任意に設定することができる。

また、指で入力面３ａが押され、圧電素子３５と押圧突起３６とが当たって、前記スイッチ信号が得られたときに、駆動回路から圧電素子３５に通電して圧電素子３５に歪みを発生させて、入力面３ａから指５にフィードバック感触を与えることができる。例えば、圧電素子３５に短い周期のパルス電圧を短時間に複数パルス与えることで、入力面３ａを押した指５に軽い反発振動を与えることなどが可能である。

図３に示す本発明の実施の形態の入力装置２０１は、座標入力部材２Ａが、静電容量の変化で座標位置を検知できる検知シート３と、その表面に重ねられて補強板としての機能を発揮するカバー板４１とで構成されている。カバー板４１は中央固定部４１ａおよび右側可動部４１ｂと左側可動部４１ｃとに区分されている。中央固定部４１ａと右側可動部４１ｂとの境界部４１ｄは、カバー板４１にその肉厚の途中まで切り込みが形成されてヒンジ部となっている。同様に、中央固定部４１ａと左側可動部４１ｃとの境界部４１ｅでは、カバー板４１に肉厚の途中まで切り込みが形成されてヒンジ部となっている。

前記境界部４１ｄと境界部４１ｅは、カバー板４１の手前側縁部４１ｆから奥側縁部４１ｇに向けて直線的に延び、且つ境界部４１ｄと境界部４１ｅが互いに平行に形成されている。中央固定部４１ａの表面の入力面は、面積が比較的広い中央入力領域４５Ａとなっている。右側可動部４１ｂの表面の入力面の面積は比較的狭く、右クリック領域４５Ｒとなっている。左側可動部４１ｃの表面の入力面の面積は比較的狭く、左クリック領域４５Ｌとなっている。

図３（Ｂ）に示すように、座標入力部材２Ａの中央固定部４１ａは、本体基台６上に設けられた固定部材４２，４２上で動かないように固定されている。右側可動部４１ｂは、境界部４１ｄをヒンジとして下向きに移動自在であり、右側可動部４１ｂの裏側に、検知部材として右クリックスイッチ２１Ｒが設けられている。左側可動部４１ｃは、境界部４１ｅをヒンジとして下向きに移動自在であり、左側可動部４１ｃの裏側に、検知部材として左クリックスイッチ２１Ｌが設けられている。

カバー板４１は合成樹脂など所定の誘電率を有する絶縁材料で形成されており、その表面に指５が触れたときに、検知シート３でその位置を特定できる程度に薄く形成されている。

この入力装置２０１は、中央入力領域４５Ａおよび右クリック領域４５Ｒと左クリック領域４５Ｌの全域が、検知シート３によって指５の接触位置を検知できる座標検知領域である。中央入力領域４５Ａおよび右クリック領域４５Ｒと左クリック領域４５Ｌに指５を触れその指５を動かすことで、その全域を対象として座標上の位置データが生成されてドライバソフトに送られる。この位置データに基づいて、ドライバソフトからオペレーションシステムに、マウスと同じ入力データが通知される。

右クリック領域４５Ｒが指５で押されると、右側可動部４１ｂが動いて右クリックスイッチ２１Ｒが動作し、左クリック領域４５Ｌが押されると、左側可動部４１ｃが動いて左クリックスイッチ２１Ｌが動作する。右クリックスイッチ２１Ｒが動作すると、ドライバソフトで右クリック信号が生成されてオペレーションシステムに通知され、左クリックスイッチ２１Ｌが動作すると、ドライバソフトで左クリック信号が生成されてオペレーションシステムに通知される。

図３に示す入力装置２０１は、検知シート３において静電容量の変化に基づいて検知された座標データと、右クリックスイッチ２１Ｒならびに左クリックスイッチ２１Ｌが押されたときのスイッチ信号とが、別々の信号として出力されるため、ドライバソフトで座標入力信号とスイッチ信号とを識別しやすくなる。

なお、カバー板４１を、中央固定部４１ａおよび右側可動部４１ｂと左側可動部４１ｃとで完全に分離し、境界部４１ｄ，４１ｅにおいて、検知シート３の弾性力をヒンジとして利用してもよい。また、境界部４１ｄ，４１ｅにおいて表面に溝が現れないように、中央固定部４１ａおよび右側可動部４１ｂと左側可動部４１ｃの表面が可撓性の薄いシートで覆われてもよい。また、中央固定部４１ａと、右側可動部４１ｂならびに左側可動部４１ｃとで厚さ寸法を異ならせ、境界部４１ｄ，４１ｅに段差を設けて、指５を触れたときに、どの領域を触れているか指５の感触で識別できるようにしてもよい。

また、右クリックスイッチ２１Ｒと左クリックスイッチ２１Ｌが、本体基台６側に設置されてもよい。また、右クリックスイッチ２１Ｒと左クリックスイッチ２１Ｌの代わりに圧電素子が設けられ、右側可動部４１ｂまたは左側可動部４１ｃが押されたときに、圧電素子に歪が発生して電圧が出力され、スイッチ信号が生成されるものであってもよい。この場合に、右側可動部４１ｂまたは左側可動部４１ｃが押されたときに、圧電素子に通電して、指５に操作反力が与えられるようにしてもよい。

右側可動部４１ｂと左側可動部４１ｃが本体基台６方向へ動く距離は、右クリックスイッチ２１Ｒと左クリックスイッチ２１Ｌを動作させるのに必要な最短の長さに設定されることが好ましい。また、右側可動部４１ｂと左側可動部４１ｃが、本体基台６から前方へ大きく動くのを規制する規制部材が設けられていてもよい。

図４に示す参考例の入力装置３０１は、座標入力部材が可撓性の検知シート３によって構成されている。または、検知シート３の表面にさらに可撓性のカバーシートが積層されていてもよい。検知シート３の表面の入力面３ａは、その一部が右クリック領域１０３Ｒと左クリック領域１０３Ｌとなっている。右クリック領域１０３Ｒと左クリック領域１０３Ｌは、検知シート３の手前側の縁部３ｂに接近した位置で左右に距離を空けて設けられている。

図４（Ｂ）に示すように、検知シート３は、下側から支持部材５１で支持されている。支持部材５１の内部では、右クリック領域１０３Ｒの下側に動作空間５１Ｒが形成され、左クリック領域１０３Ｌの下側に動作空間５１Ｌが形成されている。検知シート３は、右クリック領域１０３Ｒと左クリック領域１０３Ｌとで下向きに撓むことができ、それ以外の領域は前記支持部材５１の表面に固定されて、撓まない構造となっている。

前記動作空間５１Ｒと動作空間５１Ｌの内部には、検知部材としてスイッチ機構が収納されている。動作空間５１Ｒ内のスイッチ機構が右クリックスイッチで、動作空間５１Ｌ内のスイッチ機構が左クリックスイッチである。スイッチ機構は、検知シート３の下側に対向する基板５２に形成された固定接点５３を有している。固定接点５３は、リング状の外側接点５３ａとその内側の内側接点５３ｂとを有している。固定接点５３の上には導電性の板ばね材料で形成されたドーム状の可動接点５４が設けられている。可動接点５４は周縁部が外側接点５３ａに接触し、頂部が内側接点５３ｂに対向している。

図４に示す入力装置３０１は、検知シート３の表面の入力面３ａの全域を利用して、指５が接触した座標位置を検知することができ、これによりマウス信号と同等の座標データを得ることができる。また、右クリック領域１０３Ｒが指で押されると、その部分で検知シート３が撓み、その下の可動接点５４が反転して内側接点５３ｂと接触し、外側接点５３ａと内側接点５３ｂとが導通してスイッチ信号を得ることができる。このとき、ドライバソフトによって右クリック信号が生成される。また、左クリック領域１０３Ｌが指５で押されると、その下のスイッチ機構が動作して左クリック信号が得られる。

なお、動作空間５１Ｒと動作空間５１Ｌに設けられる検知部材は、圧電素子であってもよい。また、入力面３ａにおいて、右クリック領域１０３Ｒと左クリック領域１０３Ｌを、他の領域と異なる色彩で着色したり、前記領域を窪ませまたは突出させることで、他の領域と区別しやすくすることが好ましい。

なお、図１に示す入力装置１と図２に示す入力装置１０１に設けられる座標検知部材は、静電容量の変化を検知する検知シート３に限られず、押圧式の入力パッドであってもよい。押圧式の入力パッドは、基板の上に可撓性のシートが対向し、基板と可撓性のシートの対向面に、抵抗層や電極層が形成され、指で押されると、シートが撓んで、抵抗層どうしや電極層どうしが接触し、その接触位置の座標位置が検知されるものである。

１，１０１，２０１，３０１入力装置
２，２Ａ座標入力部材
３検知シート
３Ｒ右クリック領域
３Ｌ左クリック領域
４硬質基板
５指示体である指
６本体基台
１０支持機構
２１押圧スイッチ
２１Ｒ右クリックスイッチ
２１Ｌ左クリックスイッチ
３５圧電素子
４１カバー板
４１ａ中央固定部
４１ｂ右側可動部
４１ｃ左側可動部
４１ｄ，４１ｅ境界部
４５Ａ中央入力領域
４５Ｒ右クリック領域
４５Ｌ左クリック領域
５１支持部材
５１Ｒ，５１Ｌ動作空間
５３固定接点
５４可動接点
１０３Ｒ右クリック領域
１０３Ｌ左クリック領域

Claims

所定の面積を有し指示体が触れた位置を検知できる座標入力部材と、前記座標入力部材が押されことを検知する検知部材と、を有する入力装置において、
前記座標入力部材は、前記指示体が触れた位置を検知する検知シートと、前記検知シートと重ねられた補強板とを有しており、
前記補強板は、境界部にヒンジを有して固定部と可動部とに区分されて、前記固定部と前記可動部の双方が、前記検知シートと重ねられた検知領域となっており、
前記可動部が押されたときに、前記可動部が厚さ方向へ移動して前記検知部材が動作させられることを特徴とする入力装置。
前記固定部が基台上に固定され、前記基台と前記可動部との間に前記検知部材が設けられている請求項１記載の入力装置。
前記可動部が２箇所に設けられている請求項１または２記載の入力装置。
それぞれの前記可動部の面積は、前記固定部の面積よりも小さい請求項１ないし３のいずれかに記載の入力装置。
一方の前記可動部で前記検知部材が動作させられると右クリック信号が生成され、他方の前記可動部で前記検知部材が動作させられると左クリック信号が生成される請求項４記載の入力装置。
前記検知部材は押圧スイッチである請求項１ないし５のいずれかに記載の入力装置。
前記検知部材は、押されたときに電圧を発生する圧電素子であり、この圧電素子が押されたときに、前記座標入力部材に対して反応動作が与えられる請求項１ないし５のいずれかに記載の入力装置。