キースイッチ及び端末装置
【課題】 キー押下時の押圧強弱に基づいて量や強弱に関する操作を行う。
【解決手段】 固定電極２２を備えた回路基板１６と、キートップ１２ａと、キートップ１２ａの押下に伴って固定電極２２に接触するように設置された可動電極２１とを備え、可動電極２１と固定電極２２とが接触して短絡することによりスイッチング動作を実現するキースイッチにおいて、
キートップ１２ａを押下して可動電極２１と固定電極２２が接触した後に、このキートップにさらに強い押圧を与えることで撓んだ回路基板１６の変形量を測定する歪みゲージ２４を備える回路基板１８を設けた。
【解決手段】 固定電極２２を備えた回路基板１６と、キートップ１２ａと、キートップ１２ａの押下に伴って固定電極２２に接触するように設置された可動電極２１とを備え、可動電極２１と固定電極２２とが接触して短絡することによりスイッチング動作を実現するキースイッチにおいて、
キートップ１２ａを押下して可動電極２１と固定電極２２が接触した後に、このキートップにさらに強い押圧を与えることで撓んだ回路基板１６の変形量を測定する歪みゲージ２４を備える回路基板１８を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、端末装置に用いられるキースイッチ及びそのキースイッチを使用した端末装置に係るものであり、特に端末装置の利用者に直接的操作感をもたらす技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
キースイッチは、電流の導通を制御する基本的機構であって、キースイッチのオン・オフを利用して端末装置を操作する操作インターフェースは、改めて文献を紹介するまでもなく広く採用されている。しかしながら、キースイッチは基本的には電流のオンとオフの２つの状態しか持っていないため、単一のキースイッチのみで数値パラメータの選択や速度・強弱の設定（量の制御）までを行うことはできない。
【０００３】
ディジタル機器においては、量を制御するインターフェースとしてはキースイッチを複数回操作させるユーザインターフェースや、複数のスイッチを配して量を段階的に選択させるユーザインターフェースが一般的である。一方、ユーザに量を設定させるインターフェースとしてはスライドスイッチのようなアナログコントローラが知られている。しかしこれらの操作インターフェースは大きな設置面積や設置容積を要求することが多く、小型の端末装置などの電子機器には採用が不向きである。
【０００４】
省スペースを実現しながら量の制御を行う操作インターフェースとしては、圧力の変化に応じて量の制御する方法が有力であると考えられる。ここで、ユーザが加える圧力に基づいて動作を決定するユーザインターフェースの例を開示した文献としては特許文献１、特許文献２が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５１３５２ 「薄型表示装置」 公報
【特許文献２】特開平１０−２２２２９１ 「位置入力装置」 公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの文献に開示された操作インターフェースは、例えば携帯型の端末装置のような小型の電子機器にも適用な可能な程度に小さくすることができない。またクリック感を生じさせないので、ユーザに操作の確実感を与えるものでもない。
【０００７】
この発明は、電子機器の大小を問わず広い範囲の電子機器に適用可能であって、確実な操作感とともに処理の量的な制御を可能とする操作インターフェースを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために、この発明によるキースイッチは、
固定電極を備えた第１の回路基板と、この固定電極とともに一対のスイッチ端子をなす可動電極と、この可動電極を押下して上記固定電極に接触させるキートップを備えたキースイッチにおいて、
キートップの押下により上記可動電極と上記固定電極とが接触した後に、このキートップにさらに強い押圧を与えることで撓んだ第１の回路基板の変形量を測定する変形量測定手段、
を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係るキースイッチでは、固定電極と可動電極とが接触し短絡した後に、さらにキートップに押圧をかけ続けることによって撓んだ第１の固定基板の変形量を測定することとした。このため、キースイッチのオン・オフによる確実な操作感をユーザにもたらすとともに、押下時の押圧の強弱に基づく量的操作をも可能とするのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるキースイッチを適用した電子機器の斜視図である。このような電子機器の例として、ここで携帯電話端末をとりあげて説明する。図に示す携帯電話端末装置１は、画像や文字などを表示する表示部２を有しており、さらに筐体面１１上に単純キー１２と複合キー１３とを配している。
【００１１】
単純キー１２はスイッチ端子を一対のみ備えるキーである。したがってキーのどの部分に押圧力を作用させても同じスイッチ端子が接触することとなる。一方、複合キー１３は複数対のスイッチ端子を備えており、キーに対する押圧力の作用点を変えることでキートップの沈み込み方が異なり、その結果として押圧箇所によって異なるスイッチ端子を選択的に短絡させることのできるキーである。これによって、たった一つの複合キーに複数の機能を割り当てることができる。またカーソルの移動操作やスクロール操作など、操作方向の概念をユーザに喚起させる操作を行う際に、押圧箇所と方向とを対応付けることで直感的で分かりやすい操作を可能とする。
【００１２】
図２は、携帯電話端末装置１の分解斜視図である。図において、筐体面１１の下には単純キー１２及び複合キー１３を固定するラバーシート１４が配置されている。さらにその下にはドームスプリング１５、回路基板１６、フレーム１７、回路基板１８が配置されている。
【００１３】
図３は、単純キー１２の構造を示す断面図である。図において、単純キー１２のキートップ１２ａは筐体面１１の外部に露出するように配置されている。またラバーシート１４はキートップ１２ａを緩やかに支持する部材であり、接着剤などでキートップ１２ａを固定している。キートップ１２ａは利用者にクリック感を与えるために、押下時に沈み込むストロークを確保する必要がある。そこでラバーシート１４はキートップ１２ａを固定しつつも、押下時には変形することでキートップ１２ａの沈み込みを許している。このため、ラバーシート１４はその名の通り、ゴムを素材とすることが多いが、ビニールやプラスチックを素材とする部材で代用することも可能である。
【００１４】
ドームスプリング１５は、復元手段の一例であって、プラスチックやラバー、金属などを初めとする弾性を有する素材で構成された部材である。その第１の目的は、キートップ１２ａをラバーシート１４を介して支持し、それによって筐体面１１から単純キー１２の一部を露出させて単純キー１２を押下しやすくすることである。さらに第２の目的は押下された単純キー１２を元の位置に復元する復元力を発生することにある。
【００１５】
この結果、単純キー１２を押下する際に、ドームスプリング１５を変形させるためのわずかな荷重を必要となる。この荷重をかける操作が、いわゆるクリック感をもたらす。従来の圧力センサを用いた操作インターフェースでは、ドームスプリング１５に相当する部材がないため、直接的なクリック感が得られない点が大きな問題となっていた。しかしこの発明の実施の形態１によるキースイッチでは、このような問題が発生しない。
【００１６】
なお、かかる目的を発揮する復元手段としては、ドームスプリング１５の他に、ばねの原理を応用した種々の機構を容易に想到しうる。したがってドームスプリング１５以外の構成を採用しても構わない。
【００１７】
ドームスプリング１５のドーム部分の頂点付近の内側（筐体面１１と反対側）の面には可動電極２１が固着されている。これに対して、単純キー１２の押下によってドームスプリング１５が変形し可動電極２１が移動した場合に、可動電極２１と接触するような状態で固定電極２２が回路基板１６上に敷設されている。回路基板１６は請求項１に記載の発明において第１の回路基板に相当するものである。可動電極２１と固定電極２２はそれぞれ図示せぬ結線がなされており、スイッチ電極の対をなすようになっている。
【００１８】
なおここで、固定電極という語は回路基板１６に固着された電極ということを要する意味するものではなく、キートップの押下操作によって圧下されるようになっている可動電極に対して、キートップの押下操作では圧下されるようにはなっていないことを意味するものである。
【００１９】
回路基板１６は、フレーム部材１７によって端部を支持された弾性部材である。このような構造を有しているので、単純キー１２の押下により可動電極２１が固定電極２２に接触したのち、単純キー１２にさらに強い押圧を加えると回路基板１６に弾性変形が生じる。その結果、フレーム部材１７による支持点から離れた回路基板１６の中央部分は撓むこととなって変形する。
【００２０】
なお固定電極２２と回路基板１６との組み合わせは、メンブレンスイッチとこのメンブレンスイッチを支持し、剛性を有する板状部材との組み合わせに置換することも容易である。このような構成を採用する場合、メンブレンスイッチが固定電極２２に相当し、板状部材が回路基板１６に相当する。
【００２１】
単純キー１２の押圧によって生じる回路基板１６の変形量を測定するために、キートップ１２ａとは反対の回路基板１６の面にほぼ平行となるように、回路基板１８を配置する。またキートップとは反対の回路基板１６の面に保護部材２３を設けておき、さらに歪みゲージ２４を保護部材２３と回路基板１８とに嵌合されるように回路基板１８上に設ける。これら回路基板１６と歪みゲージ２４は変形量測定手段の一例をなすものである。
【００２２】
この結果、回路基板１６の中央部分が撓むことによって、保護部材２３と歪みゲージ２４が接触して歪みゲージ２４を押圧することになる。歪みゲージ２４は押圧されることによって変形し、その結果抵抗値などの電気特性が変化する。この電気特性の変化を検出することにより回路基板１６の変形量を求めるのである。
【００２３】
ここで回路基板１６と回路基板１８とを「ほぼ平行」に設けるとは、歪みゲージ２４による測定誤差精度が適切な範囲内に保たれるように、回路基板１６と回路基板１８とを設置した状態を指す。例えば回路基板１６に対して回路基板１８が傾いた状態で設置されると、キートップ１２ａを押下する力ベクトルが回路基板１６に対して垂直でない場合、力ベクトルの方向によっては歪みゲージ２４の歪み方が一様でなくなり、歪みゲージ２４の測定誤差が高くなる。回路基板１６と回路基板１８とを「ほぼ平行」に設けることで、キートップ１２ａを押下する力ベクトルの方向によらず歪みゲージの歪み方がほぼ一定になり安定した測定が行えるのである。
【００２４】
なお、保護部材２３を省略し、回路基板１６と回路基板１８が歪みゲージ２４を直接的に嵌合するような構成としても、回路基板１６の撓みに基づく変形量を取得することができることはいうまでもない。しかし、保護部材２３を設けることで次のような効果を生ずる。まず、歪みゲージ２４と接触する回路基板１６の損傷を防止するという効果である。これは回路基板１６上に精密な電気回路を配置する上で有利である。
【００２５】
さらに、保護部材２３を設けることで、回路基板の歪みゲージ２４側の凹凸の影響を少なくすることができる。またフレーム１７の高さ（回路基板１６と回路基板１８との間隔）と歪みゲージ２４の高さとの差を調節する役割をも担う。
【００２６】
次に、複合キー１３の構造について説明する。図４は、複合キー１３の拡大正面図である。図において複合キー１３の中央部分１３０（以下、部位１３０という）は周囲より若干ドーム状に盛り上がっており、利用者にこの部分の押下操作が可能であることを知らしめている。また部位１３１、部位１３２、部位１３３、部位１３４には目盛りのような表示が印字ないし刻印されており、部位１３１〜１３４のみの押下が可能であることを利用者に知らしめている。複合キー１３はキーの一部のみを押下できるような構造を有している。すなわち、例えば部位１３１付近を力の作用点として複合キー１３を押下した場合と、部位１３３付近を力の作用点として複合キー１３を押下した場合とでは、異なる可動電極と固定電極との対が短絡するようになっている。
【００２７】
図５は、このような構造を実現するためのキーの内部構造を図示した複合キー１３の断面図である。図において、図３と同一の符号を付している部位は、単純キー１２と同一の部材あるいは一体に成形された部材であることを意味している。キートップ１３ａは複合キー１３のキートップであって、この図では部位１３０付近、部位１３１付近、部位１３３付近の断面が示されている。
【００２８】
図に示されるように、ドームスプリング１５において部位１３０用にドーム１５０，部位１３１用にドーム１５１、部位１３３用にドーム１５３が設けられており、部位１３０、１３１、１３３を押下した場合に、それぞれ独立した反復力を発生するようになっている。またドーム１５０、１５１、１５３にはそれぞれ可動電極２１０、２１１、２１３が接着されており、それぞれの可動電極に対応して、固定電極２１０、２１１、２１３が回路基板１６に設けられている。このような構造によって、それぞれの部位を押した場合に、独立した電極の対が短絡するのである。
【００２９】
なお、キートップ１３ａの重心点と部位１３０は近い位置にあるため、部位１３０付近を作用点とする押下操作を行うと、キートップ１３ａ全体が沈み込むこともありうる。このために、部位１３０を押した場合は、部位１３０用の電極２１０と２２０の短絡のみならず、他の電極の短絡も生ずることも起こりうる。この場合には、電極２１０と２２０の短絡によって発生する信号を優先するように信号処理するか、あるいは可動電極２１０と固定電極２２０の高さを他の電極よりもやや高くして、部位１３０付近を作用点とする押下操作を行った場合に他の電極の短絡が発生しないようにする。
【００３０】
また、回路基板１６にあっては、固定電極２２０、２２１、２２３のほぼ裏側に保護部材２３０、２３１、２３３がそれぞれ設けられており、さらに部位１３０、１３１，１３３押下時に固定基板１６の変形によって、保護部材２３０、２３１、２３３が接触するように歪みゲージ２４０、２４１、２４３が固定基板１８上に設けられている。
【００３１】
このような構造を有することによって、複合キー１３のような一部のみの押下操作によって操作するキーであっても、短絡によるスイッチング操作を各部位独立で行うことができる。さらに各部位独立の短絡後にさらに押圧をかけることによって回路基板１６が撓むが、歪みゲージ２４０〜２４３がそれぞれの押下操作の変形量を検出することができる。
【００３２】
なお、この構成例では歪みゲージを各押下部位に対して独立に設けることとした。しかし、回路基板１６が剛性の高い部材である場合は、例えば部位１３１の押下によって回路基板１６は、固定電極２１１付近のみならず、固定電極２１０付近も撓むことになる。そこで、歪みゲージ２４１や２４３を省略し、歪みゲージ２４０だけを設けるような構成とし、部位１３１の押下に伴う固定電極２１０付近の変形量を検出するようにしてもよい。
【００３３】
この場合、部位１３１や部位１３３を押下した場合に回路基板１６の固定電極２１０付近が撓む量と、部位１３０を押下した場合に回路基板１６の固定電極２１０付近が撓む量とでは、同じ押圧による押下であっても異なる。そこで、短絡された電極の種類、すなわちキーの種類に基づいて、変形量を補正するようにしてもよい。こうすることで、歪みゲージの個数を削減することができるので部品点数の低減につながる。それのみならず、各キーの押圧操作に対する押圧感度を一定に保つことができるので、操作性の向上につながる。なお、変形量の補正については後述する。
【００３４】
続いて、このキースイッチ機構を用いて行う携帯電話端末装置１の制御方式について説明する。図６は、この携帯電話端末装置１の回路構成をブロック図で示したものである。図において、入力キースイッチ３１は図１〜図５で示した単純キー１２、複合キー１３の何れかである。このキースイッチの構成としては、すでに説明したように押下によって可動電極と固定電極とが短絡し、それによって回路の電気的状態が変化する。ここでは可動電極と固定電極の短絡によって、押下されたキースイッチの入力キー識別子４１が出力されるようになっている。
【００３５】
変形量測定手段３２は、図３の回路基板１８及び歪みゲージ２４、あるいは図５における回路基板１８及び歪みゲージ２４０、２４１、２４３などのように回路基板１６の変形量を測定する部位である。変形量測定手段３２が測定した変形量はディジタルデータに変換されて変形量４２として出力されるようになっている。なお、図においては入力キースイッチ３１と変形量測定手段３２はそれぞれ１つずつしか記載されていないが、複数のキーに対してそれぞれ入力キースイッチ３１と変形量測定手段３２を設ける構成も可能であることはいうまでもない。
【００３６】
キーコントローラ３３は、入力キースイッチ３１と変形量測定手段３２の状態を検出する回路又は素子である。入力キースイッチ３１の可動電極と固定電極とが接触して短絡したことを検出すると、キーコントローラ３３はどのキースイッチが短絡したのかを入力キー識別子４１に基づいて判断し、さらに変形量４２を取得してキーマップテーブル３４に記録するとともに割り込み信号４３を発生する。キーマップテーブル３４はキースイッチの状態を記憶するための記憶装置である。
【００３７】
さらにキーコントローラ３３は、最初に入力キースイッチ３１の可動電極と固定電極との短絡を検出してから短絡状態が一定時間以上継続している場合には、再び入力キースイッチ３１と変形量測定手段３２の状態を検出し、その時点での入力キー識別子４１と変形量４２をキーマップテーブル３４に各キーの状態を記録して、割り込み信号４３を発生する。このように構成することで、同一の入力キーを所定の時間以上押し続けると、割り込み信号４３が複数回発生することになる。これによってキーリピート機能を実現することが可能となる。また入力キースイッチ３１の状態とともに、各時間の変形量４２も取得することとしたので、利用者が一度の押下操作の間に押圧の強弱に変化を検出することが可能となる。
【００３８】
制御手段３５は回路基板１６あるいは回路基板１８などのように基板上に配置されたＤＳＰ(Digital Signal Processor)あるいはＣＰＵ(Central Processing Unit)で構成された回路であって、割り込み信号４３に基づいて、携帯電話端末装置１の備える各種機能、例えば表示部２などの表示手段３６、無線通信を行う通信手段３７、音楽データの再生を行う音楽再生手段３８、カメラなどの撮像手段３９、その他の機能を制御するようになっている。
【００３９】
変形量補正手段３６は、キースイッチの変形量測定手段３２が測定する変形量を増減することで変形量の補正を行う部位である。
【００４０】
続いて、携帯電話端末装置１の処理について説明する。ここでは動作例の１つとして、利用者が複合キー１３の部位１３３付近を押下した場合に、表示手段３７の画面をスクロールする場合の処理について説明する。図７は、利用者による携帯電話端末装置１のキー操作時における携帯電話端末装置１の処理のフローチャートである。
【００４１】
利用者が入力キースイッチ３１として複合キー１３の部位１３３を押下すると、キーコントローラ３３は複合キー１３の可動電極２１３と固定電極２２３が短絡したことを検出して、入力キー識別子４１（部位１３３が押下されたことを一意に識別する情報）と変形量４２（歪みゲージ２４３の変形量に基づく情報）をキーマップテーブル３４に記録する。それと同時に割り込み信号４３を発生する。制御手段３３は割り込み信号４３を受信し、割り込みベクターテーブルなどを参照して割り込み信号４３に対応する割り込みハンドラを実行する。割り込みハンドラの処理の内容としては入力キー識別子４１を待ち行列に格納して終了するだけの処理としておき、後に図７のフローチャートに示されるような処理を実行するようにしてもいいし、図７のフローチャートの処理を直接割り込みハンドラとして記載してもよい。以下、図７のフローチャートの処理が割り込みハンドラとなっているものとして説明する。
【００４２】
制御手段３５は、割り込み信号４３に基づいて押下された入力キーが部位１３３か否かを判断する（ステップＳＴ１０１）。部位１３３でない場合（ステップＳＴ１０１：Ｎｏ）は、スクロール処理を利用者が指定しているわけではないので他の操作の処理に移行する。部位１３３が押下された場合は、変形量補正手段３６から補正済みの変形量４４を取得する（ステップＳＴ１０２）。
【００４３】
ここで、変形量補正手段３６が変形量４２から補正済み変形量４４を算出する方法としては、まず、変形量４２に所定の係数を乗算してその乗算結果を変形量４４とする補正方法や変形量４２に所定の値を加算あるいは減算して変形量４４とする補正方法などが考えられる。
【００４４】
ここでは、所定の係数を乗算する方法について詳しく説明する。このような係数として１以上の値を選択し、その係数を変形量４２に乗算すると変形量４４は変形量４２よりも大きな変形量となるし、１未満の係数（ただし正の数）を乗算すると変形量４２よりも小さな変形量となる。係数の算出方法は補正の目的に応じて異なる。補正の目的としてまず考えられるのは、キースイッチと回路基板１６、フレーム部材１７との位置関係によってキースイッチに同一の押圧加重を加えた場合であっても、キースイッチ間で回路基板１６の撓み方が異なるので、そのような差異を小さくすることである。
【００４５】
いま、フレーム部材１７から離れた位置にある第１のキースイッチとフレーム部材１７に近い位置にある第２のキースイッチが配置されているものとする。ある所定の押圧荷重を第１のキースイッチに加えた場合に回路基板１６が撓む量（第１の変形量）は、この所定の押圧荷重と同一の押圧荷重を第２のキースイッチに加えた場合に回路基板１６が撓む量（第２の変形量）よりも大きくなる。利用者からみれば、第１のキースイッチの方が小さな押圧荷重で大きな変形量が得られることとなるので、押しやすくかつ操作しやすいキースイッチと感じられ、第２のキースイッチは相対的に使いづらいキースイッチと感じられる。
【００４６】
そこで、変形量補正手段３６において、第１の変形量に乗する係数（第１の係数）と第２の変形量に乗する係数（第２の係数）とを、それぞれの乗算結果の差異が第１の変形量と第２の変形量との差異よりも小さくなるように選択する。変形量補正手段３６は、第１のキースイッチの変形量を、第１の係数を乗ずることで補正し、また第２のキースイッチの変形量を、第２の係数を乗ずることで補正する。
【００４７】
こうすることで、キースイッチの位置によらずに押圧荷重と変形量の対応関係がほぼ一様となるので、キースイッチの配置についての自由度が増すとともに、携帯電話端末装置１を利用者にとって使いやすいものとすることができる。
【００４８】
また、操作者が女性や子供、老人のように比較的非力である場合に、十分な押圧加重をキースイッチに加えることができず、うまく操作できないことも考えられる。このような場合、変形量補正手段３６は変形量４２を一律に増幅するような補正を行うとよい。つまり、１以上の係数を変形量４２に乗ずることで変形量４４を算出するのである。
【００４９】
さらに出荷後に利用者が携帯電話端末装置１を実際に使用して、利用者が主観的に同じ押圧であると感じられる強さで各キーを実際に押圧してみて、その差異の歪み量を基準に補正するようにしてもよい。こうすることで女性や老人のように強い押圧力が体力的に得られない場合であっても、その利用者に合わせた補正が可能となる。
【００５０】
さらに筐体の端部に近い位置のキーはフレーム部材１７にも近いために回路基板１６が撓みにくいというだけでなく、キーを押す指に力が入りづらいということもある。このような場合に、実際に利用者による押圧テスト（キャリブレーション）を行って補正の基準とすれば、利用者のくせに合わせて使用しやすい端末装置を提供することができる。
【００５１】
これによって、携帯電話端末装置１を多くの操作者にとり使いやすいものとすることができる。またキースイッチ毎に異なる値を係数に割り当てて、キースイッチの位置による回路基板１６の撓みやすさの違いの影響が小さくなるようにしてもよいことはいうまでもない。
【００５２】
また押下操作の持続時間に基づいて係数を変更するようにしてもよい。すなわち押下操作の持続時間が長くなるにつれて、徐々に大きな係数を変形量４２に乗じて変形量４４を求めるのである。押下操作の持続時間が長い場合は、より強い量やより大きな量を利用者が設定したいと考える場合が多い。一方、押下操作が長いと指が疲労して利用者の意識に反して押圧荷重が低くなる場合がある。このような場合、利用者の意識と現実の操作結果が反することとなり、操作性が劣化することとなる。押下操作の持続時間に基づいて係数を変更して補正することでこのような問題を回避することが可能となる。
【００５３】
なお、ここまでの説明では変形量４２に係数を乗じて変形量４４に補正する方法について説明したが、変形量４２に所定の値を加算あるいは減算して変形量４４とする補正方法における所定の値の決定において考慮すべき点や期待される効果も係数を乗ずる補正方法の場合と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００５４】
続いて制御手段３５は、変形量補正手段３６から取得した変形量に基づいてスクロール量を決定する（ステップＳＴ１０３）。変形量が大きければスクロール量を大きくする。変形量が小さければスクロール量を小さくする。最小のスクロール量は表示手段３７（表示部２）に表示される文字高さを基準に決定される。次に現在の表示をスクロールし（ステップＳＴ１０４）、画面の表示に伴ってカーソルを移動する（ステップＳＴ１０５）。
【００５５】
なお、この例では画面のスクロールの速度をキーの押圧で調整する処理を示したが、撮像手段４０のカメラのズームの程度、音楽再生手段３９の音量の調節や再生位置の選択（早送りや巻き戻し）など、このユーザインターフェースは機能の強さや量を選択する上で幅広く活用できることはいうまでもない。
【００５６】
このように変形量の大小に基づいて操作の量を決定することとしたので、押下の途中で押圧を強めたり弱めたりすることで処理の速度や程度を利用者が自在に調節できるようになる。
【００５７】
なお、以上においては、この発明のキースイッチの適用例として携帯電話端末装置を中心に説明したが、このキースイッチの適用例は携帯電話端末装置に限定されるものではないことはいうまでもない。
【００５８】
実施の形態２．
この発明の実施の形態１では、回路基板１８上に歪みゲージ２４を配して回路基板１６が変形した場合に歪みゲージ２４が嵌合されるようにしておき、キー１２の押下に伴う回路基板１６の変形量を検出することとした。このような構成の他にも、キーの押圧を取得する構成は可能である。例えば回路基板１８と歪みゲージ２４の組み合わせに替えて、変形量計測手段として静電容量センサを用いる方法もある。
【００５９】
図８はこのようなキースイッチの構成例を示すものとして単純キー１２についての断面図である。図において、図３と同一の符号を付した構成要素については実施の形態１と同様であるので説明を省略する。静電容量センサ回路基板２５は、回路基板１６を挟んでキートップ１２ａとは反対側に配置されている。また静電容量センサ回路基板２５は回路基板１６とフレーム部材１７を挟むことによってわずかな隙間を確保している。これによって回路基板１６はキートップ１２ａの押下に伴って可動電極２１と固定電極２２とが接触し、さらなる押圧によって静電容量センサ回路基板２５側に撓むこととなる。
【００６０】
静電容量センサ回路基板２５はキートップ１２ａを押下する導体の接近によって生じる静電容量の変化に基づいて、導体までの距離を検出するデバイスである。例えば、利用者の指は導体であるので、可動電極２１と固定電極２２とが接触した位置の電圧を基準としておく。そして可動電極２１と固定電極２２とが接触した状態において、さらに押圧を強めて回路基板１６が撓むと、利用者の指などの導体と静電容量センサ回路基板２５との距離が変化するので、その変化量を検出して回路基板１６の変形量に換算して押圧を算出する。
【００６１】
このように静電容量センサ回路基板２５を用いれば、回路基板１６の撓みを導体の接近という形で検出することができるのである。実施の形態２の構成においても、図６で示したような回路構成によって回路基板１６の変形量、すなわちキースイッチの押圧に基づく操作を実現できることはいうまでもない。また単純キーだけでなく、複合キー１３のような構成であっても静電容量センサ回路基板２５を通じて押圧を取得できることは明らかである。
【００６２】
さらに、静電容量センサ回路基板２５を用いた場合も、同じ押圧でありながらキーの位置で回路基板１６の撓み方が異なるという点は変わらない。そこで変形量補正手段３６のような部位を設けることで、歪みゲージによる変形量検出と同じように、キーによって押圧に対する距離の変化の仕方が異なっても補正して同一の操作感を実現することが可能となるのである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
この発明は、キースイッチやキーボード装置、端末装置に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施の形態１による携帯電話端末装置の斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１による携帯電話端末装置の分解斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１による単純キーの断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１による複合キーの拡大正面図である。
【図５】この発明の実施の形態１による複合キーの断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１による携帯電話端末装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態１による携帯電話端末装置の処理のフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２による単純キーの断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１１ 筐体面、
１２ａ キートップ、
１５ ドームスプリング、
１６ 回路基板、
１７ フレーム部材、
１８ 回路基板、
２１ 可動電極、
２２ 固定電極、
２４ 歪みゲージ、
２５ 静電容量センサ、
３３ キーコントローラ、
３５ 制御手段、
３６ 変形量補正手段。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、端末装置に用いられるキースイッチ及びそのキースイッチを使用した端末装置に係るものであり、特に端末装置の利用者に直接的操作感をもたらす技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
キースイッチは、電流の導通を制御する基本的機構であって、キースイッチのオン・オフを利用して端末装置を操作する操作インターフェースは、改めて文献を紹介するまでもなく広く採用されている。しかしながら、キースイッチは基本的には電流のオンとオフの２つの状態しか持っていないため、単一のキースイッチのみで数値パラメータの選択や速度・強弱の設定（量の制御）までを行うことはできない。
【０００３】
ディジタル機器においては、量を制御するインターフェースとしてはキースイッチを複数回操作させるユーザインターフェースや、複数のスイッチを配して量を段階的に選択させるユーザインターフェースが一般的である。一方、ユーザに量を設定させるインターフェースとしてはスライドスイッチのようなアナログコントローラが知られている。しかしこれらの操作インターフェースは大きな設置面積や設置容積を要求することが多く、小型の端末装置などの電子機器には採用が不向きである。
【０００４】
省スペースを実現しながら量の制御を行う操作インターフェースとしては、圧力の変化に応じて量の制御する方法が有力であると考えられる。ここで、ユーザが加える圧力に基づいて動作を決定するユーザインターフェースの例を開示した文献としては特許文献１、特許文献２が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５１３５２ 「薄型表示装置」 公報
【特許文献２】特開平１０−２２２２９１ 「位置入力装置」 公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの文献に開示された操作インターフェースは、例えば携帯型の端末装置のような小型の電子機器にも適用な可能な程度に小さくすることができない。またクリック感を生じさせないので、ユーザに操作の確実感を与えるものでもない。
【０００７】
この発明は、電子機器の大小を問わず広い範囲の電子機器に適用可能であって、確実な操作感とともに処理の量的な制御を可能とする操作インターフェースを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために、この発明によるキースイッチは、
固定電極を備えた第１の回路基板と、この固定電極とともに一対のスイッチ端子をなす可動電極と、この可動電極を押下して上記固定電極に接触させるキートップを備えたキースイッチにおいて、
キートップの押下により上記可動電極と上記固定電極とが接触した後に、このキートップにさらに強い押圧を与えることで撓んだ第１の回路基板の変形量を測定する変形量測定手段、
を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係るキースイッチでは、固定電極と可動電極とが接触し短絡した後に、さらにキートップに押圧をかけ続けることによって撓んだ第１の固定基板の変形量を測定することとした。このため、キースイッチのオン・オフによる確実な操作感をユーザにもたらすとともに、押下時の押圧の強弱に基づく量的操作をも可能とするのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるキースイッチを適用した電子機器の斜視図である。このような電子機器の例として、ここで携帯電話端末をとりあげて説明する。図に示す携帯電話端末装置１は、画像や文字などを表示する表示部２を有しており、さらに筐体面１１上に単純キー１２と複合キー１３とを配している。
【００１１】
単純キー１２はスイッチ端子を一対のみ備えるキーである。したがってキーのどの部分に押圧力を作用させても同じスイッチ端子が接触することとなる。一方、複合キー１３は複数対のスイッチ端子を備えており、キーに対する押圧力の作用点を変えることでキートップの沈み込み方が異なり、その結果として押圧箇所によって異なるスイッチ端子を選択的に短絡させることのできるキーである。これによって、たった一つの複合キーに複数の機能を割り当てることができる。またカーソルの移動操作やスクロール操作など、操作方向の概念をユーザに喚起させる操作を行う際に、押圧箇所と方向とを対応付けることで直感的で分かりやすい操作を可能とする。
【００１２】
図２は、携帯電話端末装置１の分解斜視図である。図において、筐体面１１の下には単純キー１２及び複合キー１３を固定するラバーシート１４が配置されている。さらにその下にはドームスプリング１５、回路基板１６、フレーム１７、回路基板１８が配置されている。
【００１３】
図３は、単純キー１２の構造を示す断面図である。図において、単純キー１２のキートップ１２ａは筐体面１１の外部に露出するように配置されている。またラバーシート１４はキートップ１２ａを緩やかに支持する部材であり、接着剤などでキートップ１２ａを固定している。キートップ１２ａは利用者にクリック感を与えるために、押下時に沈み込むストロークを確保する必要がある。そこでラバーシート１４はキートップ１２ａを固定しつつも、押下時には変形することでキートップ１２ａの沈み込みを許している。このため、ラバーシート１４はその名の通り、ゴムを素材とすることが多いが、ビニールやプラスチックを素材とする部材で代用することも可能である。
【００１４】
ドームスプリング１５は、復元手段の一例であって、プラスチックやラバー、金属などを初めとする弾性を有する素材で構成された部材である。その第１の目的は、キートップ１２ａをラバーシート１４を介して支持し、それによって筐体面１１から単純キー１２の一部を露出させて単純キー１２を押下しやすくすることである。さらに第２の目的は押下された単純キー１２を元の位置に復元する復元力を発生することにある。
【００１５】
この結果、単純キー１２を押下する際に、ドームスプリング１５を変形させるためのわずかな荷重を必要となる。この荷重をかける操作が、いわゆるクリック感をもたらす。従来の圧力センサを用いた操作インターフェースでは、ドームスプリング１５に相当する部材がないため、直接的なクリック感が得られない点が大きな問題となっていた。しかしこの発明の実施の形態１によるキースイッチでは、このような問題が発生しない。
【００１６】
なお、かかる目的を発揮する復元手段としては、ドームスプリング１５の他に、ばねの原理を応用した種々の機構を容易に想到しうる。したがってドームスプリング１５以外の構成を採用しても構わない。
【００１７】
ドームスプリング１５のドーム部分の頂点付近の内側（筐体面１１と反対側）の面には可動電極２１が固着されている。これに対して、単純キー１２の押下によってドームスプリング１５が変形し可動電極２１が移動した場合に、可動電極２１と接触するような状態で固定電極２２が回路基板１６上に敷設されている。回路基板１６は請求項１に記載の発明において第１の回路基板に相当するものである。可動電極２１と固定電極２２はそれぞれ図示せぬ結線がなされており、スイッチ電極の対をなすようになっている。
【００１８】
なおここで、固定電極という語は回路基板１６に固着された電極ということを要する意味するものではなく、キートップの押下操作によって圧下されるようになっている可動電極に対して、キートップの押下操作では圧下されるようにはなっていないことを意味するものである。
【００１９】
回路基板１６は、フレーム部材１７によって端部を支持された弾性部材である。このような構造を有しているので、単純キー１２の押下により可動電極２１が固定電極２２に接触したのち、単純キー１２にさらに強い押圧を加えると回路基板１６に弾性変形が生じる。その結果、フレーム部材１７による支持点から離れた回路基板１６の中央部分は撓むこととなって変形する。
【００２０】
なお固定電極２２と回路基板１６との組み合わせは、メンブレンスイッチとこのメンブレンスイッチを支持し、剛性を有する板状部材との組み合わせに置換することも容易である。このような構成を採用する場合、メンブレンスイッチが固定電極２２に相当し、板状部材が回路基板１６に相当する。
【００２１】
単純キー１２の押圧によって生じる回路基板１６の変形量を測定するために、キートップ１２ａとは反対の回路基板１６の面にほぼ平行となるように、回路基板１８を配置する。またキートップとは反対の回路基板１６の面に保護部材２３を設けておき、さらに歪みゲージ２４を保護部材２３と回路基板１８とに嵌合されるように回路基板１８上に設ける。これら回路基板１６と歪みゲージ２４は変形量測定手段の一例をなすものである。
【００２２】
この結果、回路基板１６の中央部分が撓むことによって、保護部材２３と歪みゲージ２４が接触して歪みゲージ２４を押圧することになる。歪みゲージ２４は押圧されることによって変形し、その結果抵抗値などの電気特性が変化する。この電気特性の変化を検出することにより回路基板１６の変形量を求めるのである。
【００２３】
ここで回路基板１６と回路基板１８とを「ほぼ平行」に設けるとは、歪みゲージ２４による測定誤差精度が適切な範囲内に保たれるように、回路基板１６と回路基板１８とを設置した状態を指す。例えば回路基板１６に対して回路基板１８が傾いた状態で設置されると、キートップ１２ａを押下する力ベクトルが回路基板１６に対して垂直でない場合、力ベクトルの方向によっては歪みゲージ２４の歪み方が一様でなくなり、歪みゲージ２４の測定誤差が高くなる。回路基板１６と回路基板１８とを「ほぼ平行」に設けることで、キートップ１２ａを押下する力ベクトルの方向によらず歪みゲージの歪み方がほぼ一定になり安定した測定が行えるのである。
【００２４】
なお、保護部材２３を省略し、回路基板１６と回路基板１８が歪みゲージ２４を直接的に嵌合するような構成としても、回路基板１６の撓みに基づく変形量を取得することができることはいうまでもない。しかし、保護部材２３を設けることで次のような効果を生ずる。まず、歪みゲージ２４と接触する回路基板１６の損傷を防止するという効果である。これは回路基板１６上に精密な電気回路を配置する上で有利である。
【００２５】
さらに、保護部材２３を設けることで、回路基板の歪みゲージ２４側の凹凸の影響を少なくすることができる。またフレーム１７の高さ（回路基板１６と回路基板１８との間隔）と歪みゲージ２４の高さとの差を調節する役割をも担う。
【００２６】
次に、複合キー１３の構造について説明する。図４は、複合キー１３の拡大正面図である。図において複合キー１３の中央部分１３０（以下、部位１３０という）は周囲より若干ドーム状に盛り上がっており、利用者にこの部分の押下操作が可能であることを知らしめている。また部位１３１、部位１３２、部位１３３、部位１３４には目盛りのような表示が印字ないし刻印されており、部位１３１〜１３４のみの押下が可能であることを利用者に知らしめている。複合キー１３はキーの一部のみを押下できるような構造を有している。すなわち、例えば部位１３１付近を力の作用点として複合キー１３を押下した場合と、部位１３３付近を力の作用点として複合キー１３を押下した場合とでは、異なる可動電極と固定電極との対が短絡するようになっている。
【００２７】
図５は、このような構造を実現するためのキーの内部構造を図示した複合キー１３の断面図である。図において、図３と同一の符号を付している部位は、単純キー１２と同一の部材あるいは一体に成形された部材であることを意味している。キートップ１３ａは複合キー１３のキートップであって、この図では部位１３０付近、部位１３１付近、部位１３３付近の断面が示されている。
【００２８】
図に示されるように、ドームスプリング１５において部位１３０用にドーム１５０，部位１３１用にドーム１５１、部位１３３用にドーム１５３が設けられており、部位１３０、１３１、１３３を押下した場合に、それぞれ独立した反復力を発生するようになっている。またドーム１５０、１５１、１５３にはそれぞれ可動電極２１０、２１１、２１３が接着されており、それぞれの可動電極に対応して、固定電極２１０、２１１、２１３が回路基板１６に設けられている。このような構造によって、それぞれの部位を押した場合に、独立した電極の対が短絡するのである。
【００２９】
なお、キートップ１３ａの重心点と部位１３０は近い位置にあるため、部位１３０付近を作用点とする押下操作を行うと、キートップ１３ａ全体が沈み込むこともありうる。このために、部位１３０を押した場合は、部位１３０用の電極２１０と２２０の短絡のみならず、他の電極の短絡も生ずることも起こりうる。この場合には、電極２１０と２２０の短絡によって発生する信号を優先するように信号処理するか、あるいは可動電極２１０と固定電極２２０の高さを他の電極よりもやや高くして、部位１３０付近を作用点とする押下操作を行った場合に他の電極の短絡が発生しないようにする。
【００３０】
また、回路基板１６にあっては、固定電極２２０、２２１、２２３のほぼ裏側に保護部材２３０、２３１、２３３がそれぞれ設けられており、さらに部位１３０、１３１，１３３押下時に固定基板１６の変形によって、保護部材２３０、２３１、２３３が接触するように歪みゲージ２４０、２４１、２４３が固定基板１８上に設けられている。
【００３１】
このような構造を有することによって、複合キー１３のような一部のみの押下操作によって操作するキーであっても、短絡によるスイッチング操作を各部位独立で行うことができる。さらに各部位独立の短絡後にさらに押圧をかけることによって回路基板１６が撓むが、歪みゲージ２４０〜２４３がそれぞれの押下操作の変形量を検出することができる。
【００３２】
なお、この構成例では歪みゲージを各押下部位に対して独立に設けることとした。しかし、回路基板１６が剛性の高い部材である場合は、例えば部位１３１の押下によって回路基板１６は、固定電極２１１付近のみならず、固定電極２１０付近も撓むことになる。そこで、歪みゲージ２４１や２４３を省略し、歪みゲージ２４０だけを設けるような構成とし、部位１３１の押下に伴う固定電極２１０付近の変形量を検出するようにしてもよい。
【００３３】
この場合、部位１３１や部位１３３を押下した場合に回路基板１６の固定電極２１０付近が撓む量と、部位１３０を押下した場合に回路基板１６の固定電極２１０付近が撓む量とでは、同じ押圧による押下であっても異なる。そこで、短絡された電極の種類、すなわちキーの種類に基づいて、変形量を補正するようにしてもよい。こうすることで、歪みゲージの個数を削減することができるので部品点数の低減につながる。それのみならず、各キーの押圧操作に対する押圧感度を一定に保つことができるので、操作性の向上につながる。なお、変形量の補正については後述する。
【００３４】
続いて、このキースイッチ機構を用いて行う携帯電話端末装置１の制御方式について説明する。図６は、この携帯電話端末装置１の回路構成をブロック図で示したものである。図において、入力キースイッチ３１は図１〜図５で示した単純キー１２、複合キー１３の何れかである。このキースイッチの構成としては、すでに説明したように押下によって可動電極と固定電極とが短絡し、それによって回路の電気的状態が変化する。ここでは可動電極と固定電極の短絡によって、押下されたキースイッチの入力キー識別子４１が出力されるようになっている。
【００３５】
変形量測定手段３２は、図３の回路基板１８及び歪みゲージ２４、あるいは図５における回路基板１８及び歪みゲージ２４０、２４１、２４３などのように回路基板１６の変形量を測定する部位である。変形量測定手段３２が測定した変形量はディジタルデータに変換されて変形量４２として出力されるようになっている。なお、図においては入力キースイッチ３１と変形量測定手段３２はそれぞれ１つずつしか記載されていないが、複数のキーに対してそれぞれ入力キースイッチ３１と変形量測定手段３２を設ける構成も可能であることはいうまでもない。
【００３６】
キーコントローラ３３は、入力キースイッチ３１と変形量測定手段３２の状態を検出する回路又は素子である。入力キースイッチ３１の可動電極と固定電極とが接触して短絡したことを検出すると、キーコントローラ３３はどのキースイッチが短絡したのかを入力キー識別子４１に基づいて判断し、さらに変形量４２を取得してキーマップテーブル３４に記録するとともに割り込み信号４３を発生する。キーマップテーブル３４はキースイッチの状態を記憶するための記憶装置である。
【００３７】
さらにキーコントローラ３３は、最初に入力キースイッチ３１の可動電極と固定電極との短絡を検出してから短絡状態が一定時間以上継続している場合には、再び入力キースイッチ３１と変形量測定手段３２の状態を検出し、その時点での入力キー識別子４１と変形量４２をキーマップテーブル３４に各キーの状態を記録して、割り込み信号４３を発生する。このように構成することで、同一の入力キーを所定の時間以上押し続けると、割り込み信号４３が複数回発生することになる。これによってキーリピート機能を実現することが可能となる。また入力キースイッチ３１の状態とともに、各時間の変形量４２も取得することとしたので、利用者が一度の押下操作の間に押圧の強弱に変化を検出することが可能となる。
【００３８】
制御手段３５は回路基板１６あるいは回路基板１８などのように基板上に配置されたＤＳＰ(Digital Signal Processor)あるいはＣＰＵ(Central Processing Unit)で構成された回路であって、割り込み信号４３に基づいて、携帯電話端末装置１の備える各種機能、例えば表示部２などの表示手段３６、無線通信を行う通信手段３７、音楽データの再生を行う音楽再生手段３８、カメラなどの撮像手段３９、その他の機能を制御するようになっている。
【００３９】
変形量補正手段３６は、キースイッチの変形量測定手段３２が測定する変形量を増減することで変形量の補正を行う部位である。
【００４０】
続いて、携帯電話端末装置１の処理について説明する。ここでは動作例の１つとして、利用者が複合キー１３の部位１３３付近を押下した場合に、表示手段３７の画面をスクロールする場合の処理について説明する。図７は、利用者による携帯電話端末装置１のキー操作時における携帯電話端末装置１の処理のフローチャートである。
【００４１】
利用者が入力キースイッチ３１として複合キー１３の部位１３３を押下すると、キーコントローラ３３は複合キー１３の可動電極２１３と固定電極２２３が短絡したことを検出して、入力キー識別子４１（部位１３３が押下されたことを一意に識別する情報）と変形量４２（歪みゲージ２４３の変形量に基づく情報）をキーマップテーブル３４に記録する。それと同時に割り込み信号４３を発生する。制御手段３３は割り込み信号４３を受信し、割り込みベクターテーブルなどを参照して割り込み信号４３に対応する割り込みハンドラを実行する。割り込みハンドラの処理の内容としては入力キー識別子４１を待ち行列に格納して終了するだけの処理としておき、後に図７のフローチャートに示されるような処理を実行するようにしてもいいし、図７のフローチャートの処理を直接割り込みハンドラとして記載してもよい。以下、図７のフローチャートの処理が割り込みハンドラとなっているものとして説明する。
【００４２】
制御手段３５は、割り込み信号４３に基づいて押下された入力キーが部位１３３か否かを判断する（ステップＳＴ１０１）。部位１３３でない場合（ステップＳＴ１０１：Ｎｏ）は、スクロール処理を利用者が指定しているわけではないので他の操作の処理に移行する。部位１３３が押下された場合は、変形量補正手段３６から補正済みの変形量４４を取得する（ステップＳＴ１０２）。
【００４３】
ここで、変形量補正手段３６が変形量４２から補正済み変形量４４を算出する方法としては、まず、変形量４２に所定の係数を乗算してその乗算結果を変形量４４とする補正方法や変形量４２に所定の値を加算あるいは減算して変形量４４とする補正方法などが考えられる。
【００４４】
ここでは、所定の係数を乗算する方法について詳しく説明する。このような係数として１以上の値を選択し、その係数を変形量４２に乗算すると変形量４４は変形量４２よりも大きな変形量となるし、１未満の係数（ただし正の数）を乗算すると変形量４２よりも小さな変形量となる。係数の算出方法は補正の目的に応じて異なる。補正の目的としてまず考えられるのは、キースイッチと回路基板１６、フレーム部材１７との位置関係によってキースイッチに同一の押圧加重を加えた場合であっても、キースイッチ間で回路基板１６の撓み方が異なるので、そのような差異を小さくすることである。
【００４５】
いま、フレーム部材１７から離れた位置にある第１のキースイッチとフレーム部材１７に近い位置にある第２のキースイッチが配置されているものとする。ある所定の押圧荷重を第１のキースイッチに加えた場合に回路基板１６が撓む量（第１の変形量）は、この所定の押圧荷重と同一の押圧荷重を第２のキースイッチに加えた場合に回路基板１６が撓む量（第２の変形量）よりも大きくなる。利用者からみれば、第１のキースイッチの方が小さな押圧荷重で大きな変形量が得られることとなるので、押しやすくかつ操作しやすいキースイッチと感じられ、第２のキースイッチは相対的に使いづらいキースイッチと感じられる。
【００４６】
そこで、変形量補正手段３６において、第１の変形量に乗する係数（第１の係数）と第２の変形量に乗する係数（第２の係数）とを、それぞれの乗算結果の差異が第１の変形量と第２の変形量との差異よりも小さくなるように選択する。変形量補正手段３６は、第１のキースイッチの変形量を、第１の係数を乗ずることで補正し、また第２のキースイッチの変形量を、第２の係数を乗ずることで補正する。
【００４７】
こうすることで、キースイッチの位置によらずに押圧荷重と変形量の対応関係がほぼ一様となるので、キースイッチの配置についての自由度が増すとともに、携帯電話端末装置１を利用者にとって使いやすいものとすることができる。
【００４８】
また、操作者が女性や子供、老人のように比較的非力である場合に、十分な押圧加重をキースイッチに加えることができず、うまく操作できないことも考えられる。このような場合、変形量補正手段３６は変形量４２を一律に増幅するような補正を行うとよい。つまり、１以上の係数を変形量４２に乗ずることで変形量４４を算出するのである。
【００４９】
さらに出荷後に利用者が携帯電話端末装置１を実際に使用して、利用者が主観的に同じ押圧であると感じられる強さで各キーを実際に押圧してみて、その差異の歪み量を基準に補正するようにしてもよい。こうすることで女性や老人のように強い押圧力が体力的に得られない場合であっても、その利用者に合わせた補正が可能となる。
【００５０】
さらに筐体の端部に近い位置のキーはフレーム部材１７にも近いために回路基板１６が撓みにくいというだけでなく、キーを押す指に力が入りづらいということもある。このような場合に、実際に利用者による押圧テスト（キャリブレーション）を行って補正の基準とすれば、利用者のくせに合わせて使用しやすい端末装置を提供することができる。
【００５１】
これによって、携帯電話端末装置１を多くの操作者にとり使いやすいものとすることができる。またキースイッチ毎に異なる値を係数に割り当てて、キースイッチの位置による回路基板１６の撓みやすさの違いの影響が小さくなるようにしてもよいことはいうまでもない。
【００５２】
また押下操作の持続時間に基づいて係数を変更するようにしてもよい。すなわち押下操作の持続時間が長くなるにつれて、徐々に大きな係数を変形量４２に乗じて変形量４４を求めるのである。押下操作の持続時間が長い場合は、より強い量やより大きな量を利用者が設定したいと考える場合が多い。一方、押下操作が長いと指が疲労して利用者の意識に反して押圧荷重が低くなる場合がある。このような場合、利用者の意識と現実の操作結果が反することとなり、操作性が劣化することとなる。押下操作の持続時間に基づいて係数を変更して補正することでこのような問題を回避することが可能となる。
【００５３】
なお、ここまでの説明では変形量４２に係数を乗じて変形量４４に補正する方法について説明したが、変形量４２に所定の値を加算あるいは減算して変形量４４とする補正方法における所定の値の決定において考慮すべき点や期待される効果も係数を乗ずる補正方法の場合と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００５４】
続いて制御手段３５は、変形量補正手段３６から取得した変形量に基づいてスクロール量を決定する（ステップＳＴ１０３）。変形量が大きければスクロール量を大きくする。変形量が小さければスクロール量を小さくする。最小のスクロール量は表示手段３７（表示部２）に表示される文字高さを基準に決定される。次に現在の表示をスクロールし（ステップＳＴ１０４）、画面の表示に伴ってカーソルを移動する（ステップＳＴ１０５）。
【００５５】
なお、この例では画面のスクロールの速度をキーの押圧で調整する処理を示したが、撮像手段４０のカメラのズームの程度、音楽再生手段３９の音量の調節や再生位置の選択（早送りや巻き戻し）など、このユーザインターフェースは機能の強さや量を選択する上で幅広く活用できることはいうまでもない。
【００５６】
このように変形量の大小に基づいて操作の量を決定することとしたので、押下の途中で押圧を強めたり弱めたりすることで処理の速度や程度を利用者が自在に調節できるようになる。
【００５７】
なお、以上においては、この発明のキースイッチの適用例として携帯電話端末装置を中心に説明したが、このキースイッチの適用例は携帯電話端末装置に限定されるものではないことはいうまでもない。
【００５８】
実施の形態２．
この発明の実施の形態１では、回路基板１８上に歪みゲージ２４を配して回路基板１６が変形した場合に歪みゲージ２４が嵌合されるようにしておき、キー１２の押下に伴う回路基板１６の変形量を検出することとした。このような構成の他にも、キーの押圧を取得する構成は可能である。例えば回路基板１８と歪みゲージ２４の組み合わせに替えて、変形量計測手段として静電容量センサを用いる方法もある。
【００５９】
図８はこのようなキースイッチの構成例を示すものとして単純キー１２についての断面図である。図において、図３と同一の符号を付した構成要素については実施の形態１と同様であるので説明を省略する。静電容量センサ回路基板２５は、回路基板１６を挟んでキートップ１２ａとは反対側に配置されている。また静電容量センサ回路基板２５は回路基板１６とフレーム部材１７を挟むことによってわずかな隙間を確保している。これによって回路基板１６はキートップ１２ａの押下に伴って可動電極２１と固定電極２２とが接触し、さらなる押圧によって静電容量センサ回路基板２５側に撓むこととなる。
【００６０】
静電容量センサ回路基板２５はキートップ１２ａを押下する導体の接近によって生じる静電容量の変化に基づいて、導体までの距離を検出するデバイスである。例えば、利用者の指は導体であるので、可動電極２１と固定電極２２とが接触した位置の電圧を基準としておく。そして可動電極２１と固定電極２２とが接触した状態において、さらに押圧を強めて回路基板１６が撓むと、利用者の指などの導体と静電容量センサ回路基板２５との距離が変化するので、その変化量を検出して回路基板１６の変形量に換算して押圧を算出する。
【００６１】
このように静電容量センサ回路基板２５を用いれば、回路基板１６の撓みを導体の接近という形で検出することができるのである。実施の形態２の構成においても、図６で示したような回路構成によって回路基板１６の変形量、すなわちキースイッチの押圧に基づく操作を実現できることはいうまでもない。また単純キーだけでなく、複合キー１３のような構成であっても静電容量センサ回路基板２５を通じて押圧を取得できることは明らかである。
【００６２】
さらに、静電容量センサ回路基板２５を用いた場合も、同じ押圧でありながらキーの位置で回路基板１６の撓み方が異なるという点は変わらない。そこで変形量補正手段３６のような部位を設けることで、歪みゲージによる変形量検出と同じように、キーによって押圧に対する距離の変化の仕方が異なっても補正して同一の操作感を実現することが可能となるのである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
この発明は、キースイッチやキーボード装置、端末装置に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施の形態１による携帯電話端末装置の斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１による携帯電話端末装置の分解斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１による単純キーの断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１による複合キーの拡大正面図である。
【図５】この発明の実施の形態１による複合キーの断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１による携帯電話端末装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態１による携帯電話端末装置の処理のフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２による単純キーの断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１１ 筐体面、
１２ａ キートップ、
１５ ドームスプリング、
１６ 回路基板、
１７ フレーム部材、
１８ 回路基板、
２１ 可動電極、
２２ 固定電極、
２４ 歪みゲージ、
２５ 静電容量センサ、
３３ キーコントローラ、
３５ 制御手段、
３６ 変形量補正手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極を備えた第１の回路基板と、この固定電極とともに一対のスイッチ端子をなす可動電極と、この可動電極を押下して上記固定電極に接触させるキートップを備えたキースイッチにおいて、
キートップの押下により上記可動電極と上記固定電極とが接触した後に、このキートップにさらに強い押圧を与えることで撓んだ第１の回路基板の変形量を測定する変形量測定手段、
を備えたことを特徴とするキースイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載のキースイッチにおいて、
変形量測定手段は、
キートップとは反対側の第１の回路基板の面にほぼ平行となるように配置された第２の回路基板と、
第１の回路基板と第２の回路基板とにより嵌合される歪みゲージと、
を備えたことを特徴とするキースイッチ。
【請求項３】
請求項１に記載のキースイッチにおいて、
変形量測定手段は、
キートップとは反対側の第１の回路基板の面にほぼ平行となるように静電容量センサを備えた第２の回路基板を配置して、キートップを押下する導体が第１の回路基板を撓ませながら静電容量センサに接近することを静電容量の変化に基づいて検出することを特徴とするキースイッチ。
【請求項４】
請求項１に記載のキースイッチにおいて、
押下されたキートップが押下前の位置に戻るように復元力を発生する復元手段を備えたことを特徴とするキースイッチ。
【請求項５】
請求項３のキースイッチにおいて、
復元手段は、キートップと可動電極との間に介在させたドームスプリングであることを特徴とするキースイッチ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のキースイッチを備えたことを特徴とする端末装置。
【請求項７】
請求項６に記載の端末装置において、
キースイッチの変形量測定手段が測定した変形量を増減する変形量補正手段、
を備えたことを特徴とする端末装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のキースイッチを、第１のキースイッチと第２のキースイッチとして少なくとも２個備えるとともに、
上記第１及び第２のキースイッチに加えられた同一の押圧荷重に対してこれらのキースイッチの変形量測定手段が測定する変形量をそれぞれ第１の変形量及び第２の変形量とした場合に、これら第１の変形量と第２の変形量との差が小さくなるように第１及び第２の変形量のいずれか一方又は双方を増減する変形量補正手段、
を備えたことを特徴とする端末装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一項に記載の端末装置において、
キートップの押下に伴ってキースイッチの変形量測定手段によって測定される変形量を取得して出力するとともに、押下操作が一定時間以上継続する場合に、その時点において前記変形量測定手段によって測定される変形量を取得して出力するキーコントローラと、
前記キーコントローラが出力する変形量に応じてパラメータ値を増減するとともに、押下されたキースイッチに対応するコマンドを選択し、前記パラメータ値に基づいて選択したコマンドを実行する、
ことを特徴とする端末装置。
【請求項１】
固定電極を備えた第１の回路基板と、この固定電極とともに一対のスイッチ端子をなす可動電極と、この可動電極を押下して上記固定電極に接触させるキートップを備えたキースイッチにおいて、
キートップの押下により上記可動電極と上記固定電極とが接触した後に、このキートップにさらに強い押圧を与えることで撓んだ第１の回路基板の変形量を測定する変形量測定手段、
を備えたことを特徴とするキースイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載のキースイッチにおいて、
変形量測定手段は、
キートップとは反対側の第１の回路基板の面にほぼ平行となるように配置された第２の回路基板と、
第１の回路基板と第２の回路基板とにより嵌合される歪みゲージと、
を備えたことを特徴とするキースイッチ。
【請求項３】
請求項１に記載のキースイッチにおいて、
変形量測定手段は、
キートップとは反対側の第１の回路基板の面にほぼ平行となるように静電容量センサを備えた第２の回路基板を配置して、キートップを押下する導体が第１の回路基板を撓ませながら静電容量センサに接近することを静電容量の変化に基づいて検出することを特徴とするキースイッチ。
【請求項４】
請求項１に記載のキースイッチにおいて、
押下されたキートップが押下前の位置に戻るように復元力を発生する復元手段を備えたことを特徴とするキースイッチ。
【請求項５】
請求項３のキースイッチにおいて、
復元手段は、キートップと可動電極との間に介在させたドームスプリングであることを特徴とするキースイッチ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のキースイッチを備えたことを特徴とする端末装置。
【請求項７】
請求項６に記載の端末装置において、
キースイッチの変形量測定手段が測定した変形量を増減する変形量補正手段、
を備えたことを特徴とする端末装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のキースイッチを、第１のキースイッチと第２のキースイッチとして少なくとも２個備えるとともに、
上記第１及び第２のキースイッチに加えられた同一の押圧荷重に対してこれらのキースイッチの変形量測定手段が測定する変形量をそれぞれ第１の変形量及び第２の変形量とした場合に、これら第１の変形量と第２の変形量との差が小さくなるように第１及び第２の変形量のいずれか一方又は双方を増減する変形量補正手段、
を備えたことを特徴とする端末装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一項に記載の端末装置において、
キートップの押下に伴ってキースイッチの変形量測定手段によって測定される変形量を取得して出力するとともに、押下操作が一定時間以上継続する場合に、その時点において前記変形量測定手段によって測定される変形量を取得して出力するキーコントローラと、
前記キーコントローラが出力する変形量に応じてパラメータ値を増減するとともに、押下されたキースイッチに対応するコマンドを選択し、前記パラメータ値に基づいて選択したコマンドを実行する、
ことを特徴とする端末装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−１２０５５０（Ｐ２００６−１２０５５０Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０９２５５（Ｐ２００４−３０９２５５）
【出願日】平成１６年１０月２５日（２００４．１０．２５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２５日（２００４．１０．２５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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