携帯情報機器
【課題】本発明は、表示画面のスクロール、拡大、縮小、音量の調整等の多様な制御を簡単な操作で行なうことのできる携帯情報機器を提供することを目的とするものである。
【解決手段】この目的を達成するために、筐体２２内に歪検出素子２６を、筐体２２の背面２２ｄに機械的に結合するよう配置し、筐体の背面２２ｄおよび第１、第２の側面２２ｂ、２２ｃ間に圧縮荷重を加えることにより、歪検出素子２６から発生する電気信号に応じて携帯情報機器２１の機能を制御するものである。
【解決手段】この目的を達成するために、筐体２２内に歪検出素子２６を、筐体２２の背面２２ｄに機械的に結合するよう配置し、筐体の背面２２ｄおよび第１、第２の側面２２ｂ、２２ｃ間に圧縮荷重を加えることにより、歪検出素子２６から発生する電気信号に応じて携帯情報機器２１の機能を制御するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示画面のスクロール、拡大、縮小、音量の調整等の多様な制御を簡単な操作で行なうことのできる携帯情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯型ゲーム機、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）など、ユーザーが携帯して使用できる携帯情報機器が広く知られている。このような携帯情報機器としては図９、図１０に示すようなものがある。
【０００３】
図９は前記従来の携帯情報機器の一つである携帯電話の外観構成を示す斜視図である（特許文献１参照）。図９において、携帯電話１の前面には文字や数字、記号などが表示される液晶ディスプレイ等の表示部２が設けられている。この表示部２の下部近傍には、表示画面の左右方向のスクロール動作をユーザーの指５で行なうための第１のスクロール操作部３が設けられている。また、この表示部２の左側部近傍には、表示画面の上下方向のスクロール動作をユーザーの指５で行なうための第２のスクロール操作部４が設けられている。ユーザーはこれら第１、第２のスクロール操作部を用いて表示画面を上下方向と左右方向など、二次元方向に操作できるものである。
【０００４】
また、図１０は従来の他の携帯電話の構成を示す平面図である（特許文献２参照）。図１０において、携帯電話１１は、矩形からなる薄型筐体の前面に表示画面１２が設けられ、４つの側面にはタッチパッド１３〜１６がそれぞれ形成されている。タッチパッド１３〜１６は、その長手方向が、表示画面１２に平行となるように配置された細長い形状の操作検出手段であり、１又は２以上のタッチパッド１３〜１６に対し、表示画面１２に平行なスライド操作を行うことによって、表示画面１２をスクロールしたり、表示画像の回転、表示倍率の変更を行なったりできるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−６９２２３号公報
【特許文献２】特開２００１−１１７８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の携帯電話１においては、第１、第２のスクロール操作部３、４を表示部２の近傍に設けるスペースが必要であるため、携帯電話１の前面に一定の大きさの表示部２を配置しようとすると、携帯電話１の大きさが大きくなってしまう。また、携帯電話１の大きさを変えずに、表示部２をできるだけ大きくしようとすると、第１、第２のスクロール操作部３、４の大きさを小さくせざるを得なくなるため、第１、第２のスクロール操作部３、４の操作性が悪化するという問題点があった。
【０００７】
また、上記従来の他の携帯電話１１においては、タッチパッド１３〜１６は携帯電話１１の４つの側面に形成されているため、これらのタッチパッド１３〜１６によって表示画面１２の大きさが制限を受けることがない。しかしながら、これらのタッチパッド１３〜１６に対し、表示画面１２に平行なスライド操作を行うには片手ではきわめて困難であり、両手を使わねばならないという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、携帯情報機器の筐体にタッチパッド等の入力手段を付加することなく、表示画面のスクロール、拡大、縮小、音量の調整等の多様な制御を片手での簡単な操作で行なうことができる携帯情報機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、表示画面が配置される主表面を有する扁平な筐体を含む携帯情報機器であって、前記筐体は前記主表面を挟んで配置された第１、第２の側面と、前記筐体の前記主表面に対向して配置された背面を有し、前記筐体内に歪検出素子を、前記背面に機械的に結合するよう配置し、前記筐体の背面または前記第１、第２の側面間の少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器の機能のうちの少なくとも１つを制御するもので、この構成によれば、前記携帯情報機器の筐体表面上にタッチパッド等の入力手段を設けるスペースを確保する必要がないため、携帯情報機器を小形化できるという作用効果を有する。また、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて、表示機能、通信機能、ゲーム機能等の前記携帯情報機器の多様な機能を片手で制御できるため、ユーザーが容易に多様な操作入力を行なうことのできるという作用効果を有する。さらに、表示画面に触れずに操作入力ができるため、表示画面に指紋や指の油が付着して汚れることがなく、表示画面の良好な視認性を保つことができるという作用効果をも有する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、主表面を有する扁平な筐体を含む携帯情報機器であって、前記筐体内に複数の歪検出素子を、前記筐体の少なくとも１つの面に機械的に結合するよう配置し、前記複数の歪検出素子が機械的に結合するよう配置された面に圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器の機能のうちの少なくとも１つを制御するもので、この構成によれば、前記複数の歪検出素子から発生する電気信号を処理することで、前記面内で圧縮荷重が加えられた位置を特定することができる。これにより、さらに多様な操作入力を行なうことのできるという作用効果を有する。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明は、主表面を有する扁平な筐体を含む携帯情報機器であって、前記筐体は前記主表面を挟んで配置された第１、第２の側面と、前記筐体の前記主表面に対向して配置された背面を有し、前記筐体内に歪検出素子を、前記背面に機械的に結合するよう配置し、前記筐体の背面または前記第１、第２の側面間の少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器の機能のうちの少なくとも１つを制御するもので、前記携帯情報機器の筐体表面上にタッチパッド等の入力手段を設けるスペースを確保する必要がないため、携帯情報機器を小形化できるとともに、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて、表示機能、通信機能、ゲーム機能等の前記携帯情報機器の多様な機能を片手で制御できるため、ユーザーが容易に多様な操作入力を行なうことのできるインタフェースを備えた携帯情報機器を提供できるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における携帯情報機器の平面図、（ｂ）同携帯情報機器のＡ−Ａ線断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における携帯情報機器に使用される歪検出素子の平面図、（ｂ）同歪検出素子のＢ−Ｂ線断面図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１における携帯情報機器の筐体に圧縮荷重を加えない時に歪検出素子から発生する電気信号を処理して得られる出力信号を表す図、（ｂ）同筐体の背面に圧縮荷重を加えた時に歪検出素子から発生する電気信号を処理して得られる出力信号を表す図、（ｃ）同筐体の側面に圧縮荷重を加えた時の歪検出素子からの出力信号を表す図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２における携帯情報機器の平面図、（ｂ）同携帯情報機器のＣ−Ｃ線断面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態３における携帯情報機器の平面図、（ｂ）同携帯情報機器のＤ−Ｄ線断面図
【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態３における携帯情報機器の第１の側面上の既知の位置に所定の圧縮荷重Ｆ3を加えたときの、Δ、Δ′の測定値を示す図
【図７】（ａ）δΔ／δΔ′と圧縮荷重Ｆ3を加える位置との関係を表わす較正図表を示す図、（ｂ）δΔ／δΔ′およびδΔ′／δΔと圧縮荷重Ｆ3を加える位置との関係を表わす較正図表を示す図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態４における携帯情報機器の平面図、（ｂ）同携帯情報機器のＥ−Ｅ線断面図
【図９】従来の携帯電話の外観構成を示す斜視図
【図１０】従来の他の携帯電話の構成を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１および２を用いて、本発明の請求項１に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の平面図、図１（ｂ）は同携帯情報機器２１のＡ−Ａ線断面図である。図１（ａ）（ｂ）において、２２は略矩形の扁平な形状を有する筐体であり、液晶画面等の表示画面２３や操作キー（図示せず）を設けることのできる主表面２２ａと、この主表面２２ａを挟んで配置された第１の側面２２ｂと、第２の側面２２ｃと、前記主表面２２ａに対向して配置された背面２２ｄとを有する。２４はＣＰＵ等の電子部品（図示せず）が搭載されたプリント基板であり、ポスト２５により前記背面２２ｄに取り付けられている。また、２６は歪検出素子であり、前記背面２２ｄに発生した歪が伝達されるように前記背面２２ｄ上に機械的に結合されるとともに、歪検出素子２６から発生する電気信号が前記プリント基板２４上の電子部品にて処理されるように電気的に結合するよう構成されている。
【００１５】
図２（ａ）は本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１に使用される歪検出素子２６の構成を示す平面図、図２（ｂ）は同歪検出素子２６のＢ−Ｂ線断面図である。図２（ａ）（ｂ）において、３１はシリコン等からなる半導体基板で、この半導体基板３１の表面には酸化シリコン層や窒化シリコン層からなる絶縁層が形成されている。３２は第１の振動子であり、前記半導体基板３１をエッチング処理して形成され、かつ力学量の作用により固有振動数が変化する第１の梁状の振動体３３と、前記第１の梁状の振動体３３の表面上で、各々中央部および端部に配置された検出素子３４、駆動素子３５とからなる。前記検出素子３４、駆動素子３５は順に下部電極、ＰＺＴ等からなる圧電体層、上部電極（図示せず）を積層して形成したものである。そして、前記検出素子３４、駆動素子３５は配線パターン（図示せず）により前記プリント基板２４に電気的に接続されている。
【００１６】
また、４２は第２の振動子で、前記第１の振動子３２と同様にして前記半導体基板３１をエッチング処理して形成され、かつ力学量の作用により固有振動数が変化する第２の梁状の振動体４３と、前記第２の梁状の振動体４３の表面上で各々中央部および端部に配置された検出素子４４、駆動素子４５とからなる。前記検出素子４４、駆動素子４５は順に下部電極、ＰＺＴ等からなる圧電体層、上部電極（図示せず）を積層して形成したものである。そして、前記検出素子４４、駆動素子４５は配線パターン（図示せず）により前記プリント基板２４に電気的に接続されている。
【００１７】
ここで、前記半導体基板３１の底面は、前記筐体２２の背面２２ｄに発生する歪が前記第１および第２の振動子３２、４２に伝達されるようにＡｕ−Ａｕ接合等の金属系接合材やエポキシ樹脂等の剛性を有する物質５０で接続固定されている。さらに、前記第２の振動子４２の第２の梁状の振動体４３の長手方向は、前記第１の振動子３２の第１の梁状の振動体３３の長手方向とは互いに直交するように配置している。
【００１８】
上記歪検出素子２６において、前記プリント基板２４から第１の振動子３２の駆動素子３５に第１の梁状の振動体３３の固有振動数ｆaに近接した周波数を持つ交流電圧が印加されると、前記駆動素子３５は第１の梁状の振動体３３の長手方向に伸縮振動を開始する。この伸縮振動によって第１の梁状の振動体３３は自身が持つ固有振動数ｆaで上下に弦振動を開始する。この弦振動は検出素子３４によって受信され、この検出素子３４から第１の梁状の振動体３３の固有振動数ｆaと等しい周波数を持つ交流信号が発生する。この交流信号は前記プリント基板２４内で位相調整、増幅されて駆動素子３５にフィードバックされる。これにより、第１の梁状の振動体３３はその固有振動数ｆaに等しい周波数で上下に弦振動を持続する。同様にして、前記プリント基板２４の信号処理により、第２の梁状の振動体４３はその固有振動数ｆbに等しい周波数で上下に弦振動を持続することになる。
【００１９】
このように第１の振動子３２における第１の梁状の振動体３３と、第２の振動子４２における第２の梁状の振動体４３とが弦振動をしている状態で、前記筐体２２の背面２２ｄに前記第１の梁状の振動体３３の長手方向に平行な荷重Ｆが印加されると、前記歪検出素子２６は前記第１の梁状の振動体３３の長手方向に伸びるとともに、前記筐体２２の背面２２ｄのポアソン比に相当する長さだけ前記第２の梁状の振動体４３の長手方向に縮む。これにより、前記第１の梁状の振動体３３には伸張力が働くため、第１の梁状の振動体３３の振動周波数はｆaからｆa＋ｆa′に上昇するとともに、第２の梁状の振動体４３の振動周波数はｆbからｆb−ｆb′に低下することになる。したがって、前記第１の梁状の振動体３３の振動周波数と、第２の梁状の振動体４３の振動周波数との差をとることにより、前記筐体２２の背面２２ｄに働く荷重を高感度で測定することができる。また、前記第１の振動子３２、第２の振動子４２とは同一素材の半導体基板から形成しているため、温度変化に対する振動周波数の変化の方向と変化量は同一となる。これにより、温度変化による振動周波数の変動をキャンセルできるため、前記筐体２２の背面２２ｄに働く荷重を正確に測定できるものである。
【００２０】
再び、図１（ｂ）において、本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の筐体２２をたとえば、片手の親指と中指で持ちながら、人差し指で背面２２ｄに圧縮荷重Ｆ1を加えると、前記筐体２２の背面２２ｄは紙面の上方に撓む。これにより、前記歪検出素子２６は前記第１の梁状の振動体３３の長手方向に伸びるとともに、前記筐体２２の背面２２ｄのポアソン比に相当する長さだけ前記第２の梁状の振動体４３の長手方向に縮む。そのため、前記歪検出素子２６における前記第１の梁状の振動体３３の振動周波数と、第２の梁状の振動体４３の振動周波数との差Δはｆa−ｆbから（ｆa−ｆb）＋（ｆa′＋ｆb′）に、（ｆa′＋ｆb′）だけ増加する。一方、本発明の実施の形態における携帯情報機器２１の筐体２２をたとえば、片手の親指と中指で持ちながら、第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃとに圧縮荷重Ｆ2を加えると、前記歪検出素子２６は前記第１の梁状の振動体３３の長手方向に縮むとともに、前記筐体２２の背面２２ｄのポアソン比に相当する長さだけ前記第２の梁状の振動体４３の長手方向に伸びる。そのため、前記歪検出素子２６における前記第１の梁状の振動体３３の振動周波数と、第２の梁状の振動体４３の振動周波数との差Δはｆa−ｆbから（ｆa−ｆb）−（ｆa′＋ｆb′）に、（ｆa′＋ｆb′）だけ減少する。このように、前記歪検出素子２６における前記第１の梁状の振動体３３と、第２の梁状の振動体４３とから発生する電気信号をプリント基板２４に搭載した電子回路で処理することにより、前記筐体２２に加える圧縮荷重により変化する、これら２つの交流信号の周波数の差Δの増減分に相当する電気信号、たとえば電圧信号を得ることができる。
【００２１】
図３は上記の電圧信号の一例を示すもので、図３（ａ）は本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の筐体２２に圧縮荷重を加えない、あるいは所定の閾値以下の圧縮荷重しか加えない時に、前記歪検出素子２６から発生する電気信号を処理して得られる出力電圧信号を示すもので、出力電圧は発生しない。
【００２２】
一方、図３（ｂ）は本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の筐体２２の背面２２ｄに時間０〜ｔ1およびｔ2〜ｔ3に圧縮荷重Ｆ1を加えた時に歪検出素子２６から発生する電気信号を処理して得られる出力電圧信号を示すもので、時間０〜ｔ1およびｔ2〜ｔ3において、正の電圧が発生し、時間ｔ1〜ｔ2およびｔ3以降においては、出力電圧は発生しない。そして、この正電圧の電圧値は携帯情報機器２１の筐体２２の背面２２ｄに加える圧縮荷重Ｆ1の大きさに実質的に比例するものである。さらに、図３（ｃ）は本発明の実施の形態における携帯情報機器２１の筐体２２の第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃとに時間０〜ｔ1およびｔ2〜ｔ3に圧縮荷重Ｆ2を加えた時に歪検出素子２６から発生する電気信号を処理して得られる出力電圧信号を示すもので、時間０〜ｔ1およびｔ2〜ｔ3において、負の電圧が発生し、時間ｔ1〜ｔ2およびｔ3以降においては、出力電圧は発生しない。そして、この負電圧の電圧値は携帯情報機器２１の筐体２２の背面２２ｄに加える圧縮荷重Ｆ2の大きさに実質的に比例するものである。
【００２３】
本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１は筐体２２の背面２２ｄおよび第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃとの少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより歪検出素子２６から発生する電気信号から、図３に示すような正、負、零の３値および正、負のアナログ電圧信号を出力させ、この電圧信号に応じて携帯情報機器２１の機能の少なくとも１つを制御するものである。制御される機能としては、たとえば、以下に述べるようなものがある。
【００２４】
(1)筐体２２の背面２２ｄに圧縮荷重Ｆ1を連続的に加えることにより、表示画面２３を順方向にスクロールするとともに、圧縮荷重Ｆ1を変化させることにより、スクロール速度を変化させる。
【００２５】
(2)筐体２２の第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃに圧縮荷重Ｆ2を連続的に加えることにより、表示画面２３を逆方向にスクロールするとともに、圧縮荷重Ｆ2を変化させることにより、スクロール速度を変化させる。
【００２６】
(3)筐体２２の背面２２ｄを所定のリズムでタップして、パルス的な圧縮荷重Ｆ1を加えることにより、音量を変化させる。
【００２７】
(4)筐体２２の第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃに所定のリズムで圧縮荷重Ｆ2を加えることにより、インターネットに接続する。
【００２８】
このように、本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１は前記筐体２２の背面２２ｄおよび第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃとの少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子２６から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器２１の機能のうちの少なくとも１つを制御するもので、表示機能、通信機能、ゲーム機能等の前記携帯情報機器の多様な機能を片手で制御できるもので、これにより、ユーザーが容易に多様な操作入力を行なうことができるものである。また、本発明の実施の形態における携帯情報機器２１においては、前記携帯情報機器２１の主表面２２ａや第１の側面２２ｂ、第２の側面２２ｃ等の筐体表面上にタッチパッド等の入力手段を設けるスペースを新たに確保する必要がない。これにより、携帯情報機器２１を小形化できるとともに、携帯情報機器２１の主表面２２ａに設けた表示画面２３を大型化できるものである。
【００２９】
（実施の形態２）
図４（ａ）は本発明の実施の形態２における携帯情報機器６１の平面図、図４（ｂ）は同携帯情報機器６１のＣ−Ｃ線断面図である。なお、この本発明の実施の形態２における携帯情報機器６１においては、上記した本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。図４（ａ）（ｂ）において、本発明の実施の形態２における携帯情報機器６１が上記した本発明の実施の形態における携帯情報機器２１と相違する点は、歪検出素子２６がプリント基板２４上に電気的、機械的に結合するよう配置されるとともに、このプリント基板２４の両端が携帯情報機器６１の第１の側面２２ｂ、第２の側面２２ｃと機械的に結合されている点である。このように構成することによっても、前記筐体２２の背面２２ｄおよび第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃとの少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子２６から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器６１の機能のうちの少なくとも１つを制御することができるとともに、歪検出素子２６をプリント基板と一体に実装できるため、製造効率と品質をさらに改善できるものである。
【００３０】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３および４を用いて、本発明の請求項２に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。図５（ａ）は本発明の実施の形態３における携帯情報機器７１の平面図、図５（ｂ）は同携帯情報機器７１のＤ−Ｄ線断面図である。なお、この本発明の実施の形態３における携帯情報機器７１においては、上記した本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。図５（ａ）（ｂ）において、本発明の実施の形態３における携帯情報機器７１が上記した本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１と相違する点は、２つの歪検出素子２６ａ、２６ｂが第１の側面２２ｂに機械的に結合するように、携帯情報機器７１の筐体２２内に配置されている点である。前記歪検出素子２６ａ、２６ｂはシリコン等からなる半導体基板を微細加工して形成した振動子タイプの歪検出素子であり、図２と同様な構成を有し、各々第１の梁状の振動子と、この第１の梁状の振動子と直交する第２の梁状の振動子とを備えている。ここで、歪検出素子２６ａの第１の梁状の振動子と、歪検出素子２６ｂの第１の梁状の振動子とが前記筐体２２の背面２２ｄに平行な１つの直線上に配置されていることが望ましい。
【００３１】
図５（ａ）において、本発明の実施の形態３における携帯情報機器７１の筐体２２をたとえば、片手の親指と中指、薬指、小指で持ちながら、親指で前記第１の側面２２ｂ上で前記歪検出素子２６ａの背面中央に当る部分に圧縮荷重Ｆ3を加えると、前記第１の側面２２ｂは筐体２２の中側に撓んで、前記歪検出素子２６の第１の梁状の振動体は長手方向に伸びるとともに、この第１の梁状の振動体に対して垂直方向に設けられた第２の梁状の振動体は長手方向に縮む。そのため、第１の梁状の振動体の振動周波数はｆaからｆa＋ｆa′に上昇するとともに、第２の梁状の振動体の振動周波数はｆbからｆb−ｆb′に低下することになる。そのため、前記歪検出素子２６ａにおける前記第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δはｆa−ｆbから（ｆa−ｆb）＋（ｆa′＋ｆb′）に、（ｆa′＋ｆb′）だけ増加する。一方、前記歪検出素子２６ｂは圧縮荷重Ｆ3の作用点から離れているために第１、第２の梁状の振動体の振動周波数はほとんど変化しない。そのため、第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δ′の変化量はほぼ零に等しくなる。
【００３２】
次に、前記第１の側面２２ｂ上で同一の圧縮荷重Ｆ3を加える位置を前記歪検出素子２６ｂの方向に移動させると、前記歪検出素子２６ａの第１の梁状の振動体の長手方向の伸び量が減少するとともに、第２の梁状の振動体の長手方向の縮み形量が減少する。そのため、前記歪検出素子２６ａの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δの変化量は前の場合より小さくなる。一方、前記歪検出素子２６ｂと圧縮荷重Ｆ3の作用点との距離が縮まるために、前記歪検出素子２６ｂの第１の梁状の振動体の長手方向の伸び量が増加するとともに、第２の梁状の振動体の長手方向の縮み形量も増加する。そのため、前記歪検出素子２６ｂの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δ′の変化量が増加する。
【００３３】
前記第１の側面２２ｂ上で同一の圧縮荷重Ｆ3を加える位置を、前記歪検出素子２６ａから歪検出素子２６ｂの方向にさらに移動させると、歪検出素子２６ａの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δの変化量はさらに小さくなるとともに、歪検出素子２６ｂの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δ′の変化量はさらに大きくなる。そして、前記第１の側面２２ｂ上で同一の圧縮荷重Ｆ3を、前記歪検出素子２６ｂの背面中央に当る位置に加えると、歪検出素子２６ｂの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δ′の変化量は最大となる。一方、前記歪検出素子２６ａの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δの変化量はほぼ零に等しくなる。
【００３４】
本発明の実施の形態３における携帯情報機器は、前記第１の側面２２ｂ上に圧縮荷重Ｆ3を加えたときに、前記歪検出素子２６ａの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δの変化量および歪検出素子２６ｂの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δ′の変化量とから圧縮荷重Ｆ3が加えられた位置を検出して携帯情報機器７１の機能の少なくとも１つを制御するものである。以下、実験結果を示しながら、前記Δ、Δ′から圧縮荷重Ｆ3が加えられた位置を検出する方法を説明する。
【００３５】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は携帯情報機器７１の第１の側面２２ｂ上の既知の位置に所定の圧縮荷重Ｆ3を加えたときの、前記Δ、Δ′を測定したものである。ここで、第１の梁状の振動体に沿う方向の長さがともに９ｍｍである歪検出素子２６ａ、２６ｂを筐体２２内の第１の側面２２ｂに対向する面に中心間距離を２０ｍｍとして接着剤にて取付けているが、筐体２２内に設けたプリント基板に歪検出素子２６ａ、２６ｂを装着し、これらの歪検出素子２６ａ、２６ｂと前記第１の側面２２ｂとを機械的に接続するようにしてもよい。
【００３６】
図６（ａ）は第１の側面２２ｂ上で歪検出素子２６ａの背面中央に当る位置に圧縮荷重Ｆ3を５０ｇｒ間隔で１０００ｇｒまで加えたときの前記Δ、Δ′の変化を測定したものである。また、図６（ｂ）は第１の側面２２ｂ上で２つの歪検出素子２６ａ、２６ｂの中央に当る位置に圧縮荷重Ｆ3を５０ｇｒ間隔で１０００ｇｒまで加えたときの前記Δ、Δ′の変化を測定したものである。同様にして、図６（ｃ）は第１の側面２２ｂ上で歪検出素子２６ｂの背面中央に当る位置に圧縮荷重Ｆ3を５０ｇｒ間隔で１０００ｇｒまで加えたときの前記Δ、Δ′の変化を測定したものである。これらの測定結果から、前記Δ、Δ′は１０００ｇｒまでの圧縮荷重Ｆ3に対して、ほぼ線形に変化すると判断できる。すなわち、前記Δの初期値からの変化量δΔおよび前記Δ′の初期値からの変化量δΔ′は以下のような数式でモデル化できる。
【００３７】
【数１】
【００３８】
ここで、Ａ（ｘ）、Ｂ（ｘ）は圧縮荷重Ｆ3が加えられる位置座標ｘのみの関数である。これらの式から
【００３９】
【数２】
【００４０】
となる。ここで、Ｃ（ｘ）は圧縮荷重Ｆ3を加える位置ｘのみの関数である。
【００４１】
このことから、前記Δの初期値からの変化量δΔと、前記Δ′の初期値からの変化量δΔ′との比δΔ／δΔ′と圧縮荷重Ｆ3を加える位置との関係を予め測定して、較正図表を作成しておけば、第１の側面２２ｂ上に任意の圧縮荷重Ｆ3を加えたときのδΔと、δΔ′を測定することで圧縮荷重Ｆ3を加えられた位置が検出できることになる。
【００４２】
図７（ａ）は上記の較正図表を示す。この較正線は圧縮荷重Ｆ3をパラメータとして、圧縮荷重Ｆ3を加える位置ｘに対するδΔ／δΔ′を測定し、統計処理を行なって決定したものである。ここで、前記第１の側面２２ｂ上で前記歪検出素子２６ａの背面中央に当る部分を原点とし、歪検出素子２６ｂに向かう方向を正にとっている。この較正図表において、ｘが１０ｍｍ、すなわち第１の側面２２ｂ上で２つの歪検出素子２６ａ、２６ｂの中央に当る位置に近づくと、δΔ／δΔ′が急速に小さくなり分解能が悪くなるという問題点がある。
【００４３】
図７（ｂ）はこの問題点を解決する方法の一例であり、δΔ／δΔ′が所定の値、たとえば１以下になった場合には、δΔ／δΔ′に代えてδΔ′／δΔをとるようにした較正図表である。この較正図表を用いて、第１の側面２２ｂ上に任意の圧縮荷重Ｆ3を加えたときのδΔと、δΔ′を測定し、δΔ／δΔ′が１以上であれば左側の軸でδΔ／δΔ′の値に対応する位置ｘを求め、δΔ／δΔ′が１以下であれば、δΔ′／δΔを計算して右側の軸でδΔ′／δΔに対応する位置ｘを求めれば圧縮荷重Ｆ3を加えられた位置が検出できることになる。
【００４４】
こうして得られた位置情報を用いて、携帯情報機器７１の機能を制御してさらに多様な操作入力を行なうことができるものである。なお、３つ以上の歪検出素子を携帯情報機器の筐体の一面に互いに直線状に隣接させ、機械的に結合するように携帯情報機器の筐体内に配置してもよい。これにより、隣接する２つの歪検出素子間を押された位置を検出でき、さらに、多様な操作入力を行なうことができるものである。
【００４５】
（実施の形態４）
図８（ａ）は本発明の実施の形態４における携帯情報機器８１の平面図、図８（ｂ）は同携帯情報機器８１のＥ−Ｅ線断面図である。なお、この本発明の実施の形態４における携帯情報機器８１においては、上記した本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。図８（ａ）（ｂ）において、本発明の実施の形態４における携帯情報機器８１が上記した本発明の実施の形態における携帯情報機器２１と相違する点は、３つの歪検出素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃが背面２２ｄに機械的に結合するように、携帯情報機器８１の筐体２２内に配置されている点である。また、これらの歪検出素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃは直角三角形の頂点にあたる位置に設けられている。前記歪検出素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃはシリコン等からなる半導体基板を微細加工して形成した振動子タイプの歪検出素子であり、図２と同様な構成を有し、各々第１の梁状の振動子と、この第１の梁状の振動子と直交する第２の梁状の振動子とを備えている。
【００４６】
図８（ａ）において、本発明の実施の形態４における携帯情報機器８１の筐体２２をたとえば、片手の親指と中指、薬指、小指で持ちながら、人指し指で前記背面２２ｄに圧縮荷重Ｆ4を加えると、各歪検出素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数が変化する。この振動周波数変化量は圧縮荷重Ｆ4と圧縮荷重を加える二次元位置座標（ｘ、ｙ）の関数となるが、圧縮荷重Ｆ4に対して、ほぼ線形に変化するため、前記歪検出素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δの変化量を各々δΔ1、δΔ2、δΔ3とすれば、これらは以下のような数式でモデル化できる。
【００４７】
【数３】
【００４８】
ここで、Ａ1（ｘ）、Ａ2（ｘ）、Ａ3（ｘ）は圧縮荷重Ｆ4が加えられる二次元位置座標（ｘ、ｙ）のみの関数である。これらの式から
【００４９】
【数４】
【００５０】
となる。ここで、Ｃ1（ｘ）、Ｃ2（ｘ）は圧縮荷重Ｆ4を加える二次元位置座標（ｘ、ｙ）のみの関数である。
【００５１】
このことから、前記δΔ1とδΔ2との比δΔ1／δΔ2および前記δΔ2とδΔ3との比δΔ2／δΔ3と圧縮荷重Ｆ4を加える位置との関係を予め測定して、較正図表を作成しておけば、背面２２ｄ上に任意の圧縮荷重Ｆ4を加えたときのδΔ1、δΔ2、δΔ3を測定することで圧縮荷重Ｆ4を加えられた位置が検出できることになる。こうして得られた位置情報を用いて、携帯情報機器８１の機能を制御してさらに多様な操作入力を行なうことができるものである。
【００５２】
なお、３つの歪検出素子を携帯情報機器の筐体の一面に一般的な三角形の頂点にあたる位置に置いても同様の効果が得られるものである。また、４つ以上の歪検出素子を携帯情報機器の筐体の一面に一般的な多角形の頂点にあたる位置に置くことにより、冗長度を増すことで圧縮荷重Ｆ4を加えられた位置がさらに精度よく検出できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る携帯情報機器は、主表面を有する扁平な筐体を含む携帯情報機器であって、前記筐体は前記主表面を挟んで配置された第１、第２の側面と、前記筐体の前記主表面に対向して配置された背面を有し、前記筐体内に歪検出素子を、前記背面に機械的に結合するよう配置し、前記第１、第２の側面および前記筐体の背面の少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて前記情報機器の機能のうちの少なくとも１つを制御するもので、前記携帯情報機器の筐体表面上にタッチパッド等の入力手段を設ける必要がないため、美観、防水性に優れ、携帯情報機器を小形化できるとともに、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて、表示機能、通信機能、ゲーム機能等の前記携帯情報機器の多様な機能を片手で制御できるという効果を有するものであり、特に、スマートフォン等に適用して有用なものである。
【符号の説明】
【００５４】
２１、７１、８１ 携帯情報機器
２２ 筐体
２２ａ 主表面
２２ｂ 第１の側面
２２ｃ 第２の側面
２２ｄ 背面
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 歪検出素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示画面のスクロール、拡大、縮小、音量の調整等の多様な制御を簡単な操作で行なうことのできる携帯情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯型ゲーム機、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）など、ユーザーが携帯して使用できる携帯情報機器が広く知られている。このような携帯情報機器としては図９、図１０に示すようなものがある。
【０００３】
図９は前記従来の携帯情報機器の一つである携帯電話の外観構成を示す斜視図である（特許文献１参照）。図９において、携帯電話１の前面には文字や数字、記号などが表示される液晶ディスプレイ等の表示部２が設けられている。この表示部２の下部近傍には、表示画面の左右方向のスクロール動作をユーザーの指５で行なうための第１のスクロール操作部３が設けられている。また、この表示部２の左側部近傍には、表示画面の上下方向のスクロール動作をユーザーの指５で行なうための第２のスクロール操作部４が設けられている。ユーザーはこれら第１、第２のスクロール操作部を用いて表示画面を上下方向と左右方向など、二次元方向に操作できるものである。
【０００４】
また、図１０は従来の他の携帯電話の構成を示す平面図である（特許文献２参照）。図１０において、携帯電話１１は、矩形からなる薄型筐体の前面に表示画面１２が設けられ、４つの側面にはタッチパッド１３〜１６がそれぞれ形成されている。タッチパッド１３〜１６は、その長手方向が、表示画面１２に平行となるように配置された細長い形状の操作検出手段であり、１又は２以上のタッチパッド１３〜１６に対し、表示画面１２に平行なスライド操作を行うことによって、表示画面１２をスクロールしたり、表示画像の回転、表示倍率の変更を行なったりできるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−６９２２３号公報
【特許文献２】特開２００１−１１７８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の携帯電話１においては、第１、第２のスクロール操作部３、４を表示部２の近傍に設けるスペースが必要であるため、携帯電話１の前面に一定の大きさの表示部２を配置しようとすると、携帯電話１の大きさが大きくなってしまう。また、携帯電話１の大きさを変えずに、表示部２をできるだけ大きくしようとすると、第１、第２のスクロール操作部３、４の大きさを小さくせざるを得なくなるため、第１、第２のスクロール操作部３、４の操作性が悪化するという問題点があった。
【０００７】
また、上記従来の他の携帯電話１１においては、タッチパッド１３〜１６は携帯電話１１の４つの側面に形成されているため、これらのタッチパッド１３〜１６によって表示画面１２の大きさが制限を受けることがない。しかしながら、これらのタッチパッド１３〜１６に対し、表示画面１２に平行なスライド操作を行うには片手ではきわめて困難であり、両手を使わねばならないという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、携帯情報機器の筐体にタッチパッド等の入力手段を付加することなく、表示画面のスクロール、拡大、縮小、音量の調整等の多様な制御を片手での簡単な操作で行なうことができる携帯情報機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、表示画面が配置される主表面を有する扁平な筐体を含む携帯情報機器であって、前記筐体は前記主表面を挟んで配置された第１、第２の側面と、前記筐体の前記主表面に対向して配置された背面を有し、前記筐体内に歪検出素子を、前記背面に機械的に結合するよう配置し、前記筐体の背面または前記第１、第２の側面間の少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器の機能のうちの少なくとも１つを制御するもので、この構成によれば、前記携帯情報機器の筐体表面上にタッチパッド等の入力手段を設けるスペースを確保する必要がないため、携帯情報機器を小形化できるという作用効果を有する。また、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて、表示機能、通信機能、ゲーム機能等の前記携帯情報機器の多様な機能を片手で制御できるため、ユーザーが容易に多様な操作入力を行なうことのできるという作用効果を有する。さらに、表示画面に触れずに操作入力ができるため、表示画面に指紋や指の油が付着して汚れることがなく、表示画面の良好な視認性を保つことができるという作用効果をも有する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、主表面を有する扁平な筐体を含む携帯情報機器であって、前記筐体内に複数の歪検出素子を、前記筐体の少なくとも１つの面に機械的に結合するよう配置し、前記複数の歪検出素子が機械的に結合するよう配置された面に圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器の機能のうちの少なくとも１つを制御するもので、この構成によれば、前記複数の歪検出素子から発生する電気信号を処理することで、前記面内で圧縮荷重が加えられた位置を特定することができる。これにより、さらに多様な操作入力を行なうことのできるという作用効果を有する。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明は、主表面を有する扁平な筐体を含む携帯情報機器であって、前記筐体は前記主表面を挟んで配置された第１、第２の側面と、前記筐体の前記主表面に対向して配置された背面を有し、前記筐体内に歪検出素子を、前記背面に機械的に結合するよう配置し、前記筐体の背面または前記第１、第２の側面間の少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器の機能のうちの少なくとも１つを制御するもので、前記携帯情報機器の筐体表面上にタッチパッド等の入力手段を設けるスペースを確保する必要がないため、携帯情報機器を小形化できるとともに、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて、表示機能、通信機能、ゲーム機能等の前記携帯情報機器の多様な機能を片手で制御できるため、ユーザーが容易に多様な操作入力を行なうことのできるインタフェースを備えた携帯情報機器を提供できるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における携帯情報機器の平面図、（ｂ）同携帯情報機器のＡ−Ａ線断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における携帯情報機器に使用される歪検出素子の平面図、（ｂ）同歪検出素子のＢ−Ｂ線断面図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１における携帯情報機器の筐体に圧縮荷重を加えない時に歪検出素子から発生する電気信号を処理して得られる出力信号を表す図、（ｂ）同筐体の背面に圧縮荷重を加えた時に歪検出素子から発生する電気信号を処理して得られる出力信号を表す図、（ｃ）同筐体の側面に圧縮荷重を加えた時の歪検出素子からの出力信号を表す図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２における携帯情報機器の平面図、（ｂ）同携帯情報機器のＣ−Ｃ線断面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態３における携帯情報機器の平面図、（ｂ）同携帯情報機器のＤ−Ｄ線断面図
【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態３における携帯情報機器の第１の側面上の既知の位置に所定の圧縮荷重Ｆ3を加えたときの、Δ、Δ′の測定値を示す図
【図７】（ａ）δΔ／δΔ′と圧縮荷重Ｆ3を加える位置との関係を表わす較正図表を示す図、（ｂ）δΔ／δΔ′およびδΔ′／δΔと圧縮荷重Ｆ3を加える位置との関係を表わす較正図表を示す図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態４における携帯情報機器の平面図、（ｂ）同携帯情報機器のＥ−Ｅ線断面図
【図９】従来の携帯電話の外観構成を示す斜視図
【図１０】従来の他の携帯電話の構成を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１および２を用いて、本発明の請求項１に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の平面図、図１（ｂ）は同携帯情報機器２１のＡ−Ａ線断面図である。図１（ａ）（ｂ）において、２２は略矩形の扁平な形状を有する筐体であり、液晶画面等の表示画面２３や操作キー（図示せず）を設けることのできる主表面２２ａと、この主表面２２ａを挟んで配置された第１の側面２２ｂと、第２の側面２２ｃと、前記主表面２２ａに対向して配置された背面２２ｄとを有する。２４はＣＰＵ等の電子部品（図示せず）が搭載されたプリント基板であり、ポスト２５により前記背面２２ｄに取り付けられている。また、２６は歪検出素子であり、前記背面２２ｄに発生した歪が伝達されるように前記背面２２ｄ上に機械的に結合されるとともに、歪検出素子２６から発生する電気信号が前記プリント基板２４上の電子部品にて処理されるように電気的に結合するよう構成されている。
【００１５】
図２（ａ）は本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１に使用される歪検出素子２６の構成を示す平面図、図２（ｂ）は同歪検出素子２６のＢ−Ｂ線断面図である。図２（ａ）（ｂ）において、３１はシリコン等からなる半導体基板で、この半導体基板３１の表面には酸化シリコン層や窒化シリコン層からなる絶縁層が形成されている。３２は第１の振動子であり、前記半導体基板３１をエッチング処理して形成され、かつ力学量の作用により固有振動数が変化する第１の梁状の振動体３３と、前記第１の梁状の振動体３３の表面上で、各々中央部および端部に配置された検出素子３４、駆動素子３５とからなる。前記検出素子３４、駆動素子３５は順に下部電極、ＰＺＴ等からなる圧電体層、上部電極（図示せず）を積層して形成したものである。そして、前記検出素子３４、駆動素子３５は配線パターン（図示せず）により前記プリント基板２４に電気的に接続されている。
【００１６】
また、４２は第２の振動子で、前記第１の振動子３２と同様にして前記半導体基板３１をエッチング処理して形成され、かつ力学量の作用により固有振動数が変化する第２の梁状の振動体４３と、前記第２の梁状の振動体４３の表面上で各々中央部および端部に配置された検出素子４４、駆動素子４５とからなる。前記検出素子４４、駆動素子４５は順に下部電極、ＰＺＴ等からなる圧電体層、上部電極（図示せず）を積層して形成したものである。そして、前記検出素子４４、駆動素子４５は配線パターン（図示せず）により前記プリント基板２４に電気的に接続されている。
【００１７】
ここで、前記半導体基板３１の底面は、前記筐体２２の背面２２ｄに発生する歪が前記第１および第２の振動子３２、４２に伝達されるようにＡｕ−Ａｕ接合等の金属系接合材やエポキシ樹脂等の剛性を有する物質５０で接続固定されている。さらに、前記第２の振動子４２の第２の梁状の振動体４３の長手方向は、前記第１の振動子３２の第１の梁状の振動体３３の長手方向とは互いに直交するように配置している。
【００１８】
上記歪検出素子２６において、前記プリント基板２４から第１の振動子３２の駆動素子３５に第１の梁状の振動体３３の固有振動数ｆaに近接した周波数を持つ交流電圧が印加されると、前記駆動素子３５は第１の梁状の振動体３３の長手方向に伸縮振動を開始する。この伸縮振動によって第１の梁状の振動体３３は自身が持つ固有振動数ｆaで上下に弦振動を開始する。この弦振動は検出素子３４によって受信され、この検出素子３４から第１の梁状の振動体３３の固有振動数ｆaと等しい周波数を持つ交流信号が発生する。この交流信号は前記プリント基板２４内で位相調整、増幅されて駆動素子３５にフィードバックされる。これにより、第１の梁状の振動体３３はその固有振動数ｆaに等しい周波数で上下に弦振動を持続する。同様にして、前記プリント基板２４の信号処理により、第２の梁状の振動体４３はその固有振動数ｆbに等しい周波数で上下に弦振動を持続することになる。
【００１９】
このように第１の振動子３２における第１の梁状の振動体３３と、第２の振動子４２における第２の梁状の振動体４３とが弦振動をしている状態で、前記筐体２２の背面２２ｄに前記第１の梁状の振動体３３の長手方向に平行な荷重Ｆが印加されると、前記歪検出素子２６は前記第１の梁状の振動体３３の長手方向に伸びるとともに、前記筐体２２の背面２２ｄのポアソン比に相当する長さだけ前記第２の梁状の振動体４３の長手方向に縮む。これにより、前記第１の梁状の振動体３３には伸張力が働くため、第１の梁状の振動体３３の振動周波数はｆaからｆa＋ｆa′に上昇するとともに、第２の梁状の振動体４３の振動周波数はｆbからｆb−ｆb′に低下することになる。したがって、前記第１の梁状の振動体３３の振動周波数と、第２の梁状の振動体４３の振動周波数との差をとることにより、前記筐体２２の背面２２ｄに働く荷重を高感度で測定することができる。また、前記第１の振動子３２、第２の振動子４２とは同一素材の半導体基板から形成しているため、温度変化に対する振動周波数の変化の方向と変化量は同一となる。これにより、温度変化による振動周波数の変動をキャンセルできるため、前記筐体２２の背面２２ｄに働く荷重を正確に測定できるものである。
【００２０】
再び、図１（ｂ）において、本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の筐体２２をたとえば、片手の親指と中指で持ちながら、人差し指で背面２２ｄに圧縮荷重Ｆ1を加えると、前記筐体２２の背面２２ｄは紙面の上方に撓む。これにより、前記歪検出素子２６は前記第１の梁状の振動体３３の長手方向に伸びるとともに、前記筐体２２の背面２２ｄのポアソン比に相当する長さだけ前記第２の梁状の振動体４３の長手方向に縮む。そのため、前記歪検出素子２６における前記第１の梁状の振動体３３の振動周波数と、第２の梁状の振動体４３の振動周波数との差Δはｆa−ｆbから（ｆa−ｆb）＋（ｆa′＋ｆb′）に、（ｆa′＋ｆb′）だけ増加する。一方、本発明の実施の形態における携帯情報機器２１の筐体２２をたとえば、片手の親指と中指で持ちながら、第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃとに圧縮荷重Ｆ2を加えると、前記歪検出素子２６は前記第１の梁状の振動体３３の長手方向に縮むとともに、前記筐体２２の背面２２ｄのポアソン比に相当する長さだけ前記第２の梁状の振動体４３の長手方向に伸びる。そのため、前記歪検出素子２６における前記第１の梁状の振動体３３の振動周波数と、第２の梁状の振動体４３の振動周波数との差Δはｆa−ｆbから（ｆa−ｆb）−（ｆa′＋ｆb′）に、（ｆa′＋ｆb′）だけ減少する。このように、前記歪検出素子２６における前記第１の梁状の振動体３３と、第２の梁状の振動体４３とから発生する電気信号をプリント基板２４に搭載した電子回路で処理することにより、前記筐体２２に加える圧縮荷重により変化する、これら２つの交流信号の周波数の差Δの増減分に相当する電気信号、たとえば電圧信号を得ることができる。
【００２１】
図３は上記の電圧信号の一例を示すもので、図３（ａ）は本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の筐体２２に圧縮荷重を加えない、あるいは所定の閾値以下の圧縮荷重しか加えない時に、前記歪検出素子２６から発生する電気信号を処理して得られる出力電圧信号を示すもので、出力電圧は発生しない。
【００２２】
一方、図３（ｂ）は本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の筐体２２の背面２２ｄに時間０〜ｔ1およびｔ2〜ｔ3に圧縮荷重Ｆ1を加えた時に歪検出素子２６から発生する電気信号を処理して得られる出力電圧信号を示すもので、時間０〜ｔ1およびｔ2〜ｔ3において、正の電圧が発生し、時間ｔ1〜ｔ2およびｔ3以降においては、出力電圧は発生しない。そして、この正電圧の電圧値は携帯情報機器２１の筐体２２の背面２２ｄに加える圧縮荷重Ｆ1の大きさに実質的に比例するものである。さらに、図３（ｃ）は本発明の実施の形態における携帯情報機器２１の筐体２２の第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃとに時間０〜ｔ1およびｔ2〜ｔ3に圧縮荷重Ｆ2を加えた時に歪検出素子２６から発生する電気信号を処理して得られる出力電圧信号を示すもので、時間０〜ｔ1およびｔ2〜ｔ3において、負の電圧が発生し、時間ｔ1〜ｔ2およびｔ3以降においては、出力電圧は発生しない。そして、この負電圧の電圧値は携帯情報機器２１の筐体２２の背面２２ｄに加える圧縮荷重Ｆ2の大きさに実質的に比例するものである。
【００２３】
本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１は筐体２２の背面２２ｄおよび第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃとの少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより歪検出素子２６から発生する電気信号から、図３に示すような正、負、零の３値および正、負のアナログ電圧信号を出力させ、この電圧信号に応じて携帯情報機器２１の機能の少なくとも１つを制御するものである。制御される機能としては、たとえば、以下に述べるようなものがある。
【００２４】
(1)筐体２２の背面２２ｄに圧縮荷重Ｆ1を連続的に加えることにより、表示画面２３を順方向にスクロールするとともに、圧縮荷重Ｆ1を変化させることにより、スクロール速度を変化させる。
【００２５】
(2)筐体２２の第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃに圧縮荷重Ｆ2を連続的に加えることにより、表示画面２３を逆方向にスクロールするとともに、圧縮荷重Ｆ2を変化させることにより、スクロール速度を変化させる。
【００２６】
(3)筐体２２の背面２２ｄを所定のリズムでタップして、パルス的な圧縮荷重Ｆ1を加えることにより、音量を変化させる。
【００２７】
(4)筐体２２の第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃに所定のリズムで圧縮荷重Ｆ2を加えることにより、インターネットに接続する。
【００２８】
このように、本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１は前記筐体２２の背面２２ｄおよび第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃとの少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子２６から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器２１の機能のうちの少なくとも１つを制御するもので、表示機能、通信機能、ゲーム機能等の前記携帯情報機器の多様な機能を片手で制御できるもので、これにより、ユーザーが容易に多様な操作入力を行なうことができるものである。また、本発明の実施の形態における携帯情報機器２１においては、前記携帯情報機器２１の主表面２２ａや第１の側面２２ｂ、第２の側面２２ｃ等の筐体表面上にタッチパッド等の入力手段を設けるスペースを新たに確保する必要がない。これにより、携帯情報機器２１を小形化できるとともに、携帯情報機器２１の主表面２２ａに設けた表示画面２３を大型化できるものである。
【００２９】
（実施の形態２）
図４（ａ）は本発明の実施の形態２における携帯情報機器６１の平面図、図４（ｂ）は同携帯情報機器６１のＣ−Ｃ線断面図である。なお、この本発明の実施の形態２における携帯情報機器６１においては、上記した本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。図４（ａ）（ｂ）において、本発明の実施の形態２における携帯情報機器６１が上記した本発明の実施の形態における携帯情報機器２１と相違する点は、歪検出素子２６がプリント基板２４上に電気的、機械的に結合するよう配置されるとともに、このプリント基板２４の両端が携帯情報機器６１の第１の側面２２ｂ、第２の側面２２ｃと機械的に結合されている点である。このように構成することによっても、前記筐体２２の背面２２ｄおよび第１の側面２２ｂと第２の側面２２ｃとの少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子２６から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器６１の機能のうちの少なくとも１つを制御することができるとともに、歪検出素子２６をプリント基板と一体に実装できるため、製造効率と品質をさらに改善できるものである。
【００３０】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３および４を用いて、本発明の請求項２に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。図５（ａ）は本発明の実施の形態３における携帯情報機器７１の平面図、図５（ｂ）は同携帯情報機器７１のＤ−Ｄ線断面図である。なお、この本発明の実施の形態３における携帯情報機器７１においては、上記した本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。図５（ａ）（ｂ）において、本発明の実施の形態３における携帯情報機器７１が上記した本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１と相違する点は、２つの歪検出素子２６ａ、２６ｂが第１の側面２２ｂに機械的に結合するように、携帯情報機器７１の筐体２２内に配置されている点である。前記歪検出素子２６ａ、２６ｂはシリコン等からなる半導体基板を微細加工して形成した振動子タイプの歪検出素子であり、図２と同様な構成を有し、各々第１の梁状の振動子と、この第１の梁状の振動子と直交する第２の梁状の振動子とを備えている。ここで、歪検出素子２６ａの第１の梁状の振動子と、歪検出素子２６ｂの第１の梁状の振動子とが前記筐体２２の背面２２ｄに平行な１つの直線上に配置されていることが望ましい。
【００３１】
図５（ａ）において、本発明の実施の形態３における携帯情報機器７１の筐体２２をたとえば、片手の親指と中指、薬指、小指で持ちながら、親指で前記第１の側面２２ｂ上で前記歪検出素子２６ａの背面中央に当る部分に圧縮荷重Ｆ3を加えると、前記第１の側面２２ｂは筐体２２の中側に撓んで、前記歪検出素子２６の第１の梁状の振動体は長手方向に伸びるとともに、この第１の梁状の振動体に対して垂直方向に設けられた第２の梁状の振動体は長手方向に縮む。そのため、第１の梁状の振動体の振動周波数はｆaからｆa＋ｆa′に上昇するとともに、第２の梁状の振動体の振動周波数はｆbからｆb−ｆb′に低下することになる。そのため、前記歪検出素子２６ａにおける前記第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δはｆa−ｆbから（ｆa−ｆb）＋（ｆa′＋ｆb′）に、（ｆa′＋ｆb′）だけ増加する。一方、前記歪検出素子２６ｂは圧縮荷重Ｆ3の作用点から離れているために第１、第２の梁状の振動体の振動周波数はほとんど変化しない。そのため、第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δ′の変化量はほぼ零に等しくなる。
【００３２】
次に、前記第１の側面２２ｂ上で同一の圧縮荷重Ｆ3を加える位置を前記歪検出素子２６ｂの方向に移動させると、前記歪検出素子２６ａの第１の梁状の振動体の長手方向の伸び量が減少するとともに、第２の梁状の振動体の長手方向の縮み形量が減少する。そのため、前記歪検出素子２６ａの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δの変化量は前の場合より小さくなる。一方、前記歪検出素子２６ｂと圧縮荷重Ｆ3の作用点との距離が縮まるために、前記歪検出素子２６ｂの第１の梁状の振動体の長手方向の伸び量が増加するとともに、第２の梁状の振動体の長手方向の縮み形量も増加する。そのため、前記歪検出素子２６ｂの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δ′の変化量が増加する。
【００３３】
前記第１の側面２２ｂ上で同一の圧縮荷重Ｆ3を加える位置を、前記歪検出素子２６ａから歪検出素子２６ｂの方向にさらに移動させると、歪検出素子２６ａの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δの変化量はさらに小さくなるとともに、歪検出素子２６ｂの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δ′の変化量はさらに大きくなる。そして、前記第１の側面２２ｂ上で同一の圧縮荷重Ｆ3を、前記歪検出素子２６ｂの背面中央に当る位置に加えると、歪検出素子２６ｂの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δ′の変化量は最大となる。一方、前記歪検出素子２６ａの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δの変化量はほぼ零に等しくなる。
【００３４】
本発明の実施の形態３における携帯情報機器は、前記第１の側面２２ｂ上に圧縮荷重Ｆ3を加えたときに、前記歪検出素子２６ａの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δの変化量および歪検出素子２６ｂの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δ′の変化量とから圧縮荷重Ｆ3が加えられた位置を検出して携帯情報機器７１の機能の少なくとも１つを制御するものである。以下、実験結果を示しながら、前記Δ、Δ′から圧縮荷重Ｆ3が加えられた位置を検出する方法を説明する。
【００３５】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は携帯情報機器７１の第１の側面２２ｂ上の既知の位置に所定の圧縮荷重Ｆ3を加えたときの、前記Δ、Δ′を測定したものである。ここで、第１の梁状の振動体に沿う方向の長さがともに９ｍｍである歪検出素子２６ａ、２６ｂを筐体２２内の第１の側面２２ｂに対向する面に中心間距離を２０ｍｍとして接着剤にて取付けているが、筐体２２内に設けたプリント基板に歪検出素子２６ａ、２６ｂを装着し、これらの歪検出素子２６ａ、２６ｂと前記第１の側面２２ｂとを機械的に接続するようにしてもよい。
【００３６】
図６（ａ）は第１の側面２２ｂ上で歪検出素子２６ａの背面中央に当る位置に圧縮荷重Ｆ3を５０ｇｒ間隔で１０００ｇｒまで加えたときの前記Δ、Δ′の変化を測定したものである。また、図６（ｂ）は第１の側面２２ｂ上で２つの歪検出素子２６ａ、２６ｂの中央に当る位置に圧縮荷重Ｆ3を５０ｇｒ間隔で１０００ｇｒまで加えたときの前記Δ、Δ′の変化を測定したものである。同様にして、図６（ｃ）は第１の側面２２ｂ上で歪検出素子２６ｂの背面中央に当る位置に圧縮荷重Ｆ3を５０ｇｒ間隔で１０００ｇｒまで加えたときの前記Δ、Δ′の変化を測定したものである。これらの測定結果から、前記Δ、Δ′は１０００ｇｒまでの圧縮荷重Ｆ3に対して、ほぼ線形に変化すると判断できる。すなわち、前記Δの初期値からの変化量δΔおよび前記Δ′の初期値からの変化量δΔ′は以下のような数式でモデル化できる。
【００３７】
【数１】
【００３８】
ここで、Ａ（ｘ）、Ｂ（ｘ）は圧縮荷重Ｆ3が加えられる位置座標ｘのみの関数である。これらの式から
【００３９】
【数２】
【００４０】
となる。ここで、Ｃ（ｘ）は圧縮荷重Ｆ3を加える位置ｘのみの関数である。
【００４１】
このことから、前記Δの初期値からの変化量δΔと、前記Δ′の初期値からの変化量δΔ′との比δΔ／δΔ′と圧縮荷重Ｆ3を加える位置との関係を予め測定して、較正図表を作成しておけば、第１の側面２２ｂ上に任意の圧縮荷重Ｆ3を加えたときのδΔと、δΔ′を測定することで圧縮荷重Ｆ3を加えられた位置が検出できることになる。
【００４２】
図７（ａ）は上記の較正図表を示す。この較正線は圧縮荷重Ｆ3をパラメータとして、圧縮荷重Ｆ3を加える位置ｘに対するδΔ／δΔ′を測定し、統計処理を行なって決定したものである。ここで、前記第１の側面２２ｂ上で前記歪検出素子２６ａの背面中央に当る部分を原点とし、歪検出素子２６ｂに向かう方向を正にとっている。この較正図表において、ｘが１０ｍｍ、すなわち第１の側面２２ｂ上で２つの歪検出素子２６ａ、２６ｂの中央に当る位置に近づくと、δΔ／δΔ′が急速に小さくなり分解能が悪くなるという問題点がある。
【００４３】
図７（ｂ）はこの問題点を解決する方法の一例であり、δΔ／δΔ′が所定の値、たとえば１以下になった場合には、δΔ／δΔ′に代えてδΔ′／δΔをとるようにした較正図表である。この較正図表を用いて、第１の側面２２ｂ上に任意の圧縮荷重Ｆ3を加えたときのδΔと、δΔ′を測定し、δΔ／δΔ′が１以上であれば左側の軸でδΔ／δΔ′の値に対応する位置ｘを求め、δΔ／δΔ′が１以下であれば、δΔ′／δΔを計算して右側の軸でδΔ′／δΔに対応する位置ｘを求めれば圧縮荷重Ｆ3を加えられた位置が検出できることになる。
【００４４】
こうして得られた位置情報を用いて、携帯情報機器７１の機能を制御してさらに多様な操作入力を行なうことができるものである。なお、３つ以上の歪検出素子を携帯情報機器の筐体の一面に互いに直線状に隣接させ、機械的に結合するように携帯情報機器の筐体内に配置してもよい。これにより、隣接する２つの歪検出素子間を押された位置を検出でき、さらに、多様な操作入力を行なうことができるものである。
【００４５】
（実施の形態４）
図８（ａ）は本発明の実施の形態４における携帯情報機器８１の平面図、図８（ｂ）は同携帯情報機器８１のＥ−Ｅ線断面図である。なお、この本発明の実施の形態４における携帯情報機器８１においては、上記した本発明の実施の形態１における携帯情報機器２１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。図８（ａ）（ｂ）において、本発明の実施の形態４における携帯情報機器８１が上記した本発明の実施の形態における携帯情報機器２１と相違する点は、３つの歪検出素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃが背面２２ｄに機械的に結合するように、携帯情報機器８１の筐体２２内に配置されている点である。また、これらの歪検出素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃは直角三角形の頂点にあたる位置に設けられている。前記歪検出素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃはシリコン等からなる半導体基板を微細加工して形成した振動子タイプの歪検出素子であり、図２と同様な構成を有し、各々第１の梁状の振動子と、この第１の梁状の振動子と直交する第２の梁状の振動子とを備えている。
【００４６】
図８（ａ）において、本発明の実施の形態４における携帯情報機器８１の筐体２２をたとえば、片手の親指と中指、薬指、小指で持ちながら、人指し指で前記背面２２ｄに圧縮荷重Ｆ4を加えると、各歪検出素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数が変化する。この振動周波数変化量は圧縮荷重Ｆ4と圧縮荷重を加える二次元位置座標（ｘ、ｙ）の関数となるが、圧縮荷重Ｆ4に対して、ほぼ線形に変化するため、前記歪検出素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃの第１の梁状の振動体の振動周波数と、第２の梁状の振動体の振動周波数との差Δの変化量を各々δΔ1、δΔ2、δΔ3とすれば、これらは以下のような数式でモデル化できる。
【００４７】
【数３】
【００４８】
ここで、Ａ1（ｘ）、Ａ2（ｘ）、Ａ3（ｘ）は圧縮荷重Ｆ4が加えられる二次元位置座標（ｘ、ｙ）のみの関数である。これらの式から
【００４９】
【数４】
【００５０】
となる。ここで、Ｃ1（ｘ）、Ｃ2（ｘ）は圧縮荷重Ｆ4を加える二次元位置座標（ｘ、ｙ）のみの関数である。
【００５１】
このことから、前記δΔ1とδΔ2との比δΔ1／δΔ2および前記δΔ2とδΔ3との比δΔ2／δΔ3と圧縮荷重Ｆ4を加える位置との関係を予め測定して、較正図表を作成しておけば、背面２２ｄ上に任意の圧縮荷重Ｆ4を加えたときのδΔ1、δΔ2、δΔ3を測定することで圧縮荷重Ｆ4を加えられた位置が検出できることになる。こうして得られた位置情報を用いて、携帯情報機器８１の機能を制御してさらに多様な操作入力を行なうことができるものである。
【００５２】
なお、３つの歪検出素子を携帯情報機器の筐体の一面に一般的な三角形の頂点にあたる位置に置いても同様の効果が得られるものである。また、４つ以上の歪検出素子を携帯情報機器の筐体の一面に一般的な多角形の頂点にあたる位置に置くことにより、冗長度を増すことで圧縮荷重Ｆ4を加えられた位置がさらに精度よく検出できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る携帯情報機器は、主表面を有する扁平な筐体を含む携帯情報機器であって、前記筐体は前記主表面を挟んで配置された第１、第２の側面と、前記筐体の前記主表面に対向して配置された背面を有し、前記筐体内に歪検出素子を、前記背面に機械的に結合するよう配置し、前記第１、第２の側面および前記筐体の背面の少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて前記情報機器の機能のうちの少なくとも１つを制御するもので、前記携帯情報機器の筐体表面上にタッチパッド等の入力手段を設ける必要がないため、美観、防水性に優れ、携帯情報機器を小形化できるとともに、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて、表示機能、通信機能、ゲーム機能等の前記携帯情報機器の多様な機能を片手で制御できるという効果を有するものであり、特に、スマートフォン等に適用して有用なものである。
【符号の説明】
【００５４】
２１、７１、８１ 携帯情報機器
２２ 筐体
２２ａ 主表面
２２ｂ 第１の側面
２２ｃ 第２の側面
２２ｄ 背面
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 歪検出素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面を有する扁平な筐体を含む携帯情報機器であって、前記筐体は前記主表面を挟んで配置された第１、第２の側面と、前記筐体の前記主表面に対向して配置された背面を有し、前記筐体内に歪検出素子を、前記背面に機械的に結合するよう配置し、前記筐体の背面または前記第１、第２の側面間の少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器の機能のうちの少なくとも１つを制御する携帯情報機器。
【請求項２】
主表面を有する扁平な筐体を含む携帯情報機器であって、前記筐体内に複数の歪検出素子を、前記筐体の少なくとも１つの面に機械的に結合するよう配置し、前記複数の歪検出素子が機械的に結合するよう配置された面に圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器の機能のうちの少なくとも１つを制御する携帯情報機器。
【請求項１】
主表面を有する扁平な筐体を含む携帯情報機器であって、前記筐体は前記主表面を挟んで配置された第１、第２の側面と、前記筐体の前記主表面に対向して配置された背面を有し、前記筐体内に歪検出素子を、前記背面に機械的に結合するよう配置し、前記筐体の背面または前記第１、第２の側面間の少なくとも１つに圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器の機能のうちの少なくとも１つを制御する携帯情報機器。
【請求項２】
主表面を有する扁平な筐体を含む携帯情報機器であって、前記筐体内に複数の歪検出素子を、前記筐体の少なくとも１つの面に機械的に結合するよう配置し、前記複数の歪検出素子が機械的に結合するよう配置された面に圧縮荷重を加えることにより、前記歪検出素子から発生する電気信号に応じて前記携帯情報機器の機能のうちの少なくとも１つを制御する携帯情報機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１０２４１３（Ｐ２０１３−１０２４１３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４４９７４（Ｐ２０１２−４４９７４）
【出願日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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