静電容量式入力装置
【課題】携帯情報端末などに用いられる入力装置について、複数種類の入力操作が指先で感覚的かつ確実に行え、装置の薄型化にも資するようにする。
【解決手段】静電容量の変化に基づいて平面上の位置を検出するためのタッチ電極３２ａを上面に有するとともに、下面には前記タッチ電極３２ａのためのグランド電極３２ｂを有するタッチ基板部３２を備える。そして、このタッチ基板部３２の下方に隙間５１をあけて、前記グランド電極３２ｂに対向する変位電極３３ａを備える。この変位電極３３ａは、前記グランド電極３２ｂとの間の距離の縮まりによる静電容量の変化に基づいて押圧を検出する。厚み方向に一部を共通にして重なる方向検出部Ｉと押圧検出部ＩＩを備え、これらにより多様な入力操作を可能にする。
【解決手段】静電容量の変化に基づいて平面上の位置を検出するためのタッチ電極３２ａを上面に有するとともに、下面には前記タッチ電極３２ａのためのグランド電極３２ｂを有するタッチ基板部３２を備える。そして、このタッチ基板部３２の下方に隙間５１をあけて、前記グランド電極３２ｂに対向する変位電極３３ａを備える。この変位電極３３ａは、前記グランド電極３２ｂとの間の距離の縮まりによる静電容量の変化に基づいて押圧を検出する。厚み方向に一部を共通にして重なる方向検出部Ｉと押圧検出部ＩＩを備え、これらにより多様な入力操作を可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば携帯電話やＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、テレビ、ビデオ等の電子機器に用いられるような静電容量式入力装置に関し、より詳しくは、複数種類の入力操作が指で感覚的または直感的に行えるような静電容量式入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数種類の入力操作が行える入力装置としては、下記特許文献１に開示されたものがある。これは、入力検出面での位置指示具の指示位置の座標を検出する位置座標検出装置と、前記入力検出面への位置指示具の押圧力を検出する押圧力検出装置を有する入力装置である。
【０００３】
そして、前記位置座標検出装置は光学式、前記押圧力検出装置は静電容量式のセンサで構成されている。
【０００４】
しかし、２種類の検出装置で検出原理が異なると、これらを違うＩＣで制御することが必要になることがある。この場合にはコストがかかり、小型化にも支障をきたすことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４７８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような問題は、位置座標検出装置と押圧力検出装置の２種類の検出装置を、直感的に操作できて入力操作に確実に反応する同じ静電容量式のセンサで構成することで解消される。
【０００７】
そのためには、図１４（ａ）に示したように、基板１０１の上面に設けられたタッチ電極１０２と、前記基板１０１の下面に設けられた第１グランド電極１０３で前記入力座標検出装置に相当する位置検出部１０４を構成し、相互に離間された変位電極１０５と第２グランド電極１０６で前記押圧力検出装置に相当する押圧検出部１０７を構成して、これらを、絶縁層１０８を介して上下に積層する構成が考えられる。
【０００８】
なお、図１４中、１０９はキートップ、１１０はばね、１１１は基板である。また、絶縁膜などの主要でない部位については図示を省略している。
【０００９】
しかし、前記押圧検出部１０７の感度を確保するためには、変位電極１０５の初期の静電容量を小さくしておく必要がある。このためには、前記変位電極１０５と前記第１グランド電極１０３との間の距離を離すべく、前記絶縁層１０８の厚さを厚くしなければなない。しかし、図１４（ａ）の構成では、グランド電極１０３，１０６が２つ必要なうえに前記絶縁層１０８が厚いので、入力装置を薄く構成することができない。
【００１０】
このため、図１４（ｂ）に示したように、グランド電極を１つ省略する構成を考えることができる。
【００１１】
すなわち、基板１０１の上面にタッチ電極１０２を有し、前記基板１０１の下面に変位電極１０５を有するとともに、この変位電極１０５の下方に隙間をあけてグランド電極１１２を対向させる構成である。この構成によれば、タッチ電極１０２とグランド電極１１２によって指の位置検出ができるとともに、変位電極１０５とグランド電極１１２の間の距離の縮みにより押圧検出ができる。
【００１２】
しかしながら、このような構成では、前記タッチ電極１０２と、このタッチ電極１０２のためでもある前記グランド電極１１２との間に、変位電極１０５が存在するので、指で押圧したときには変位電極１０５とグランド電極１１１との間の距離が縮むとともに、タッチ電極１０２とグランド電極１１２との間の距離も縮む。このため、位置検出の静電容量の変化が不安定になる。この結果、精度が得られないことになり、入力操作に確実に反応するという静電容量式の利点を享受できない。
【００１３】
そこで、この発明は、複数種類の入力操作が感覚的かつ確実に行え、装置の薄型化にも資するようにすることを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そのための手段は、静電容量の変化に基づいて平面上の位置を検出するためのタッチ電極を上面に有するとともに、下面には前記タッチ電極のためのグランド電極を有するタッチ基板部と、前記グランド電極に対向させて前記タッチ基板部の下方に隙間を隔てて設けられ、前記グランド電極との間の距離の縮まりによる静電容量の変化に基づいて押圧を検出するための変位電極とを備えた静電容量式入力装置である。
【００１５】
前記タッチ電極に指などが接近したり接触したりすると前記タッチ電極の静電容量が変化し、この変化に基づいて平面上での位置が検出される。このとき前記タッチ電極と前記グランド電極の間の距離は一定であるので、静電容量値の変化は安定する。
【００１６】
また、前記タッチ電極側から押圧されて、前記グランド電極と変位電極の間の距離が縮まると、前記変位電極の静電容量が変化し、この変化に基づいて押圧が検出される。
【００１７】
つまり、位置と押圧の検出動作の干渉はなく、少なくとも２種類の入力操作が指などの動きで可能である。
【００１８】
また、２種類の入力操作は静電容量の変化に基づくので、制御は１つのＩＣで行い得る。
【００１９】
この発明は、前記グランド電極と前記変位電極との間が、ばねで離間方向に付勢された静電容量式入力装置であってもよい。この場合、前記ばねは、前記タッチ電極と前記グランド電極と前記変位電極を備える変位基板部の一部を湾曲して形成されたものでもよい。
【００２０】
前記ばねが付勢力を発揮している状態を初期状態とすることにより、前記ばねが、指などが接触した時のガタツキを抑え、操作感触を向上する。
【００２１】
好ましくは、前記グランド電極と前記変位電極との間に、導電性を有する弾性部材からなる板ばねが介装されるとともに、該板ばねが前記グランド電極と電気的に接続された静電容量式入力装置であるとよい。
前記板ばねが前記のばねと同様に操作感触を向上するほか、長期間にわたって所望の付勢力を発揮し、薄型化にも資する。
【００２２】
さらに、この発明は、前記変位電極の下方に、押圧されることによりＯＮ・ＯＦＦ切換するスイッチが設けられた静電容量式入力装置であってもよい。
前記スイッチの切換で、たとえば決定機能などの他の機能を発揮する。
【００２３】
好ましくは、前記スイッチがドームスイッチで構成されるとともに、該ドームスイッチのための電極が、前記変位電極を上面に有する変位基板部の下面に形成された静電容量式入力装置であるとよい。
前記電極が前記変位電極を有する変位基板部の下面に形成されているので、前記ドームスイッチはドーム形状の頂部を下にして取り付けられることになる。このため、基板等の部品点数を抑えられ、薄型化にも資する。
【００２４】
さらにまた、前記グランド電極と変位電極の間の距離が縮まったときに駆動して、押圧されていることを報知する報知手段が設けられた静電容量式入力装置であってもよい。
【００２５】
前記報知手段は、振動を生じる振動器や音を発生する電子音発生器などで構成できる。報知手段は、押圧状態であることを知らせ、使用者にフィードバック感を付与する。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、この発明によれば、複数種類の入力操作が感覚的かつ確実に行える。また、装置の薄型化も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の要部の縦断面構造を示す模式図。
【図２】入力装置の上面側から見た外観を示す斜視図。
【図３】入力装置の下面側から見た外観を示す斜視図。
【図４】入力装置を備えた携帯情報端末の斜視図。
【図５】入力装置の上面側から見た分解斜視図。
【図６】入力装置の下面側から見た分解斜視図。
【図７】入力装置の要部の縦断面図。
【図８】携帯情報端末の構成を示すブロック図。
【図９】入力装置による動作例を示す説明図。
【図１０】入力装置による検出状態を示す説明図。
【図１１】他の例に係る入力装置の要部の縦断面図。
【図１２】他の例に係る入力装置の下面側から見た斜視図。
【図１３】他の例に係る入力装置を備えた携帯情報端末の斜視図。
【図１４】従来技術から考えられる入力装置の構造を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１は、静電容量式入力装置１１（以下、「入力装置」という。）の要部の縦断面構造を示す模式図であり、図２は、入力装置１１の上面側から見た外観を示す斜視図、図３はその下面側から見た外観を示す斜視図である。このような入力装置１１は、例えば図４に示したような携帯情報端末２１の入力装置１１として使用される。
【００２９】
まず、携帯情報端末２１について簡単に説明する。
図４に示した携帯情報端末２１は、薄い直方体状に形成され、正面の一部を除くほとんどの部分に長方形をなす表示器２２を有する。そして、正面における前記表示器２２が形成されていない部分に、前記入力装置１１と、その他の操作スイッチ２３が備えられている。入力装置１１は、平面視円形をなす入力部１２を携帯情報端末２１の表面に露出した状態で備えられる。なお、入力部１２の形状は、楕円形、四角形等でもよく、必ずしも円形に限定されるものではない。
【００３０】
この入力装置１１は、複数種類の入力操作がユーザの指Ａ（図１参照）の動作で感覚的に行える構成である。複数種類の入力操作とは、たとえば、表示器２２のカーソルを移動させる操作と、ページ捲りや決定など、その他の操作である。
【００３１】
次に、このような操作を可能にするための入力装置１１の構成について説明する。
入力装置１１は、図５、図６に示したように、１本のＦＰＣ（Ｆｒｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）からなる本体部材３１を有する。この本体部材３１は、先端側から順にタッチ基板部３２と、押圧基板部３３と、制御基板部３４を有する。そして、前記タッチ基板部３２と前記押圧基板部３３の間と、この押圧基板部３３と前記制御基板部３４との間には、屈曲可能なケーブル３５，３６部が設けられるとともに、前記制御基板部３４からも屈曲可能なケーブル部３７が延設されている。本体部材３１は、ＦＰＣのほか、メンブレン印刷配線板等でも構成できる。また、前記ケーブル部３５，３６，３７は、可撓性を有し、柔軟に屈曲する。
【００３２】
前記タッチ基板部３２と押圧基板部３３は、前記入力部１２を構成する部分で、これらは、前記ケーブル部３５で折り返して重ね合わせたような状態で金属製の保持部材４１に保持される。
【００３３】
前記タッチ基板部３２は、平面視略円形に形成され、図１に示したように、上面に、静電容量の変化に基づいて平面上の位置を検出するための複数のタッチ電極３２ａを有し、下面には、前記タッチ電極３２ａのためのグランド電極３２ｂを有する。これらタッチ電極３２ａとグランド電極３２ｂとの間の距離は一定に保たれている。なお、図示例のタッチ電極３２ａは、図５に示したように４極であり、円を描いてめぐるように配設された４個のタッチ電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄを有するが、２個以上の電極を有するものであれば、個数も配置も自由に設定できる。
【００３４】
また、このタッチ基板部３２の上下両面は絶縁膜３２ｃで被覆されるが、図６に示したように、タッチ基板部３２の下面の一部には、前記グランド電極３２ｂに電気的に接続されたアース接点３２ｄが突設されている。
【００３５】
前記押圧基板部３３は、平面視略方形状に形成されている。そして、上面には、図１に示したように、前記グランド電極３２ｂに対して隙間５１を隔てて対向し、前記グランド電極３２ｂとの間の距離の縮まりによる静電容量の変化に基づいて押圧を検出するための変位電極３３ａを有する。また、押圧基板部３３の下面には、メタルドームスイッチ６１のための環状の電極６２と円形の電極６３が同心状態で配設されている。この押圧基板部３３においても、上下両面の所望位置には絶縁膜３３ｃが被覆される。
【００３６】
前記制御基板部３４には、図３、図６に示したように、集積回路（ＩＣ）３４ａなどの必要な電子部品が搭載されている。
【００３７】
このような本体部材３１は、前記グランド電極３２ｂと前記変位電極３３ａとの間を離間方向に付勢するばねとしての板ばね７１と、前記変位電極３３ａの下方に設けられて押圧されることにより変形してＯＮ・ＯＦＦ切換するスイッチとしての前記メタルドームスイッチ６１を組み付けて、前記保持部材４１に保持される。
【００３８】
前記板ばね７１は、導電性を有する金属板を打ち抜いて形成されたものである。形状は略方形状であり、２本の弾発脚部７２が切り起こしで形成されている。２本の弾発脚部７２は平行に形成され、相反する方向に延びている。なお、板ばね７１は導電性を有する弾性部材からなるものであればよく、必ずしも金属製のものに限定されるものではない。
【００３９】
この板ばね７１は、両面粘着テープ８１により前記タッチ基板部３２の下面に固定される。この固定時には、タッチ基板部３２の下面の前記アース接点３２ｄを板ばね７１に接触させる。板ばね７１がタッチ基板部３２に固定されることにより、前記２本の弾発脚部７２の先端は、前記押圧基板部３３の上面に当接することになる。
【００４０】
また、前記板ばね７１の外周縁には、前記本体部材３１を前記保持部材４１に保持したときに、保持部材４１に対して位置決めするための適宜の凸部７３を有する。
【００４１】
前記メタルドームスイッチ６１は、前記押圧基板部３３の下面に設けられた２つの電極６２，６３とドーム型接点６４で構成されている。このため、ドーム型接点６４は、頂部６４ａが下に向くように取り付けられる。この頂部６４ａは、前記保持部材４１の内底面に形成された突部４２に当接する。
【００４２】
また、ドーム型接点６４は、図７に示したように２枚のシート６５，６６で保持されるが、これらのシート６５，６６のうちドーム型接点６４を覆うシート６５におけるドーム型接点６４の頂部６４ａに対応する部位には穴部６５ａが形成されている。この穴部６５ａは、入力装置１１の全体の厚みを薄くするためのものである。このような穴部６５ａがあることにより、前記頂部６４ａは、前記保持部材４１の突部４２に直接当接する。なお、図５中、６６ａはドーム型接点６４が変形したときの空気抜きのための空気抜き穴である。
【００４３】
前記保持部材４１は、金属板をプレス加工して、前記押圧基板部３３と前記板ばね７１が入る大きさの皿状に形成されている。そして、内底面の中央には、上方に膨出する前記突起４２を有する。
【００４４】
また、保持部材４１の外周縁には周壁４３が立設されており、この周壁４３は、その内側面の一部が前記板ばね７１の外周縁の凸部７３の端面を押さえて、板ばね７１の位置決めができる形状に形成される。さらに、保持部材４１の四隅部分には、前記周壁４３から折り曲げ片４４が立設されている。この折り曲げ片４４を内側に折り曲げることで、前記本体部材３１等が保持される。このとき、前記板ばね７１が付勢力を発揮した状態になるように保持を行う。
【００４５】
前記本体部材３１等を保持部材４１に保持すると、図７に示したようになる。
【００４６】
また、前記タッチ基板部３２の上には、絶縁性を有するキートップ８２が設けられる。このキートップ８２は両面粘着テープ８３で固定されている。
【００４７】
このようなキートップ８２のほかシート材（図示せず）を用いてもよく、さらには、機器の筐体（図示せず）をキートップ８２代わりに利用してもよい。
【００４８】
図８は、前記のように構成された入力装置１１を備えた携帯情報端末２１の構成を示すブロック図である。
【００４９】
携帯情報端末２１は、前記のように入力装置１１と操作スイッチ２３と表示器２２を有するとともに、電源部２４と記憶部２５などが備えられている。そして、これらは、制御部２６に接続されている。前記入力装置１１にあっては、ローパスフィルタ２７を介して制御部２６に接続される。
【００５０】
前記入力装置１１は、前記のようにタッチ電極３２ａと変位電極３３ａを有し、前記タッチ電極３２ａは、円を描いてめぐるように配設された前記４個のタッチ電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄで構成されている。そして、これらタッチ電極３２ａと変位電極３３ａは前記集積回路３４ａに接続され、この集積回路３４ａが前記ローパスフィルタ２７に接続される。
【００５１】
前記集積回路３４ａは、各タッチ電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄで検出する静電容量値と、変位電極３３ａで検出する静電容量値をデジタル信号に変換する。
【００５２】
前記ローパスフィルタ２７は、前記入力装置１１から瞬間的な通電による信号を受け取った場合に、この信号をカットして検知しないようにし、それ以上の長い時間の通電による信号のみを制御部２６に伝達する。これにより、衝突等によって入力装置１１が瞬間的に押下操作された場合に誤作動しないようにしている。
【００５３】
前記操作スイッチ２３は、ユーザの操作に基づく信号を制御部２６に伝達する。
【００５４】
前記電源部２４は、各部に電力を供給する。
【００５５】
前記表示器２２は、制御部２６の制御信号に従って画像を表示する。この画像には、メニュー画像や記憶部２５に保存した画像などがある。
【００５６】
前記記憶部２５は、制御部２６の制御信号に従ってデータの読み書きを行う。このデータには、メニュー画面などを表示するプログラムなどがある。
【００５７】
前記制御部２６は、プログラムを格納したＲＯＭおよび動作に必要なデータを記憶するＲＡＭを内蔵している。
【００５８】
前記入力装置１１に対する入力操作に基づいた前記制御部２６による制御動作の一例を、図９と図１０を用いて次に説明する。
前記入力装置１１は、タッチ電極３２ａと変位電極３３ａの静電容量値の変化により、ユーザの指Ａのタッチ位置と、それによる押し込み荷重を検出する。各電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄ，３３ａのそれぞれの静電容量値の変化ΔＣａ，ΔＣｂ，ΔＣｃ，ΔＣｄ，ΔＣｅは、
各タッチ電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄで検出する静電容量値をそれぞれＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄとし、変位電極３３ａで検出する静電容量値をＣｅとして、
非タッチ時の電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄの静電容量値をそれぞれＣａ０，Ｃｂ０，Ｃｃ０，Ｃｄ０として、変位電極３３ａで検出する静電容量値をＣｅ０とすると、
ΔＣａ＝Ｃａ−Ｃａ０
ΔＣｂ＝Ｃｂ−Ｃｂ０
ΔＣｃ＝Ｃｃ−Ｃｃ０
ΔＣｄ＝Ｃｄ−Ｃｄ０
ΔＣｅ＝Ｃｅ−Ｃｅ０
の演算式で算出される。
【００５９】
つまり、前記集積回路３４ａを介して入力された信号と、予め記憶した非タッチ時の静電容量値のデータに基づいて、前記制御部２６が前記演算をして、静電容量の変化を算出する。
【００６０】
そして、この結果に基づいて、制御部２６はさらに、タッチ位置Ｘ、Ｙと、押し込み荷重Ｚを算出する。タッチ位置Ｘは左右方向（タッチ電極３２ａｂ，３２ａｃとタッチ電極３２ａａ，３２ａｄが対峙する方向）、タッチ位置Ｙは上下方向（タッチ電極３２ａａ，３２ａｂとタッチ電極３２ａｃ，３２ａｄが対峙する方向）であり、それぞれ、
Ｘ＝（ΔＣａ＋ΔＣｄ）−（ΔＣｂ＋ΔＣｃ）
Ｙ＝（ΔＣａ＋ΔＣｂ）−（ΔＣｃ＋ΔＣｄ）
の演算式で算出できる。
【００６１】
また、押し込み荷重Ｚは、変位電極３３ａの静電容量値の変化量ΔＣｅで求められる。すなわち、Ｚ＝ΔＣｅである。
【００６２】
このようにして算出された各部の静電容量値の変化から、タッチ位置や押し込み深さを検出し、制御部２６は、プログラムに基づいて必要な制御動作を行う。
【００６３】
具体的には、ユーザの指Ａが入力部１２表面のキートップ８２に閾値を超えない程度に軽く触れた（例えば１Ｎより小さい力で触れた）状態で、図９（ａ）に示したように、タッチ電極３２ａを左から右に撫でるように移動すると、各タッチ電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄの静電容量値の変化ΔＣａ，ΔＣｂ，ΔＣｃ，ΔＣｄは図１０（ａ）に示したようにそれぞれ変化する。この結果、タッチ位置Ｘ，Ｙの情報が得られる。
【００６４】
この情報から、指Ａの移動方向が判断され、制御部２６は、入力された信号に基づいて、図９（ａ）に示したように、前記表示器２２に表示されたメニュー画面などでカーソル２２ａを予め定められた基準位置から、指Ａで指示された方向に移動する制御を行う。
【００６５】
同様の状態で図９（ｂ）に示したように、左斜め下から右斜め上に向けて撫でるように移動したときも、各タッチ電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄの静電容量値の変化ΔＣａ，ΔＣｂ，ΔＣｃ，ΔＣｄは、図１０（ｂ）に示したように変化し、この結果、タッチ位置Ｘ，Ｙの情報が得られる。
【００６６】
この情報から、指Ａの移動方向が検出され、制御部２６は、入力された信号に基づいて、図９（ｂ）に示したように、前記表示器２２に表示されたメニュー画面などでカーソル２２ａを予め定められた基準位置から、指Ａで指示された斜め方向に移動する制御を行う。
【００６７】
ユーザの指Ａが前記の場合よりも閾値を超える程度に強く触れて（例えば１Ｎ以上の力で触れて）から弾くようにして急に離すような動作、具体的には、図９（ｃ）に示したように、指Ａで本のページを捲るような動作をすると、指Ａの接触を前記タッチ電極３２ａの静電容量の変化に基づいて検出するとともに、その押圧を前記変位電極３３ａの静電容量の変化に基づいて検出する。そして、押圧が検出されている状態において前記タッチ電極３２ａの静電容量の変化に基づいて指Ａの移動方向を検出する。各部の静電容量値の変化ΔＣａ，ΔＣｂ，ΔＣｃ，ΔＣｄ，ΔＣｅは、図１０（ｃ）のように変化を示す。
【００６８】
そして、制御部２６は、各部の静電容量値の変化ΔＣａ，ΔＣｂ，ΔＣｃ，ΔＣｄ，ΔＣｅに基づくタッチ位置Ｘ，Ｙと押し込み荷重Ｚの情報に従って、図９（ｃ）に示したように、前記表示器２２に表示されたメニュー画面などで現在表示されている画面を、指Ａで指示された方向の次の画面に、画面を移動する制御を行う。
【００６９】
ユーザの指Ａが強く触れて、押し込むような動作をすると、前記メタルドームスイッチ６１のドーム型接点６４の変形によるＯＮ動作に基づいて、メニュー画面などにおいてカーソル２２ａで選択されたメニューなどを決定する信号を制御部２６に伝達する。このとき制御部２６は、入力されたＯＮ信号に基づいて、図９（ｄ）に示したように、前記表示器２２に表示されたメニュー画面などに表示されカーソル２２ａで選択されているメニューなどを決定すべく、その部分の外観を変化させるとともに、各部の必要な制御動作を行う。決定に際しては、ドーム型接点６４が変形するので、クリック感が得られる。
【００７０】
このようにして入力操作が行えるので、カーソル移動のほか、ページ捲り或いはページ移動、決定の操作が、１つの入力装置１１で行える。つまり、図１に示したように、方向検出部Ｉ、押圧検出部ＩＩ、押し込み検出部ＩＩＩを厚み方向に有し、これらにより多様な入力操作ができる。しかも、カーソル移動もページ捲りも、決定も、指Ａで実際にその動作を行うように感覚的かつ確実に行える。
【００７１】
また、前記タッチ電極３２ａと前記グランド電極３２ｂはタッチ基板部３２の上面と下面に分けて形成され、それらの間の距離は一定であるので、タッチ電極３２ａの静電容量の変化を安定させることができる。
【００７２】
しかも、キートップ８２が押圧されて前記タッチ基板部３２のグランド電極３２ｂが前記変位電極３３ａに近づいて、前記グランド電極３２ｂと変位電極３３ａの間の距離が縮まると、前記変位電極３３ａの静電容量が変化して、この変化に基づいて押圧が検出される。この結果、タッチ電極３２ａのみで検出して行う動作とは別のページ捲りなどの動作ができるが、このときに、タッチ電極３２ａとグランド電極３２ｂの距離が一定であるので、位置と押圧の検出動作に干渉が起こることを防止でき、操作の確実性、信頼性を確保することができる。
【００７３】
そのうえ、このような別の動作を行うための検出原理には、同じ静電容量を採用しているので、前記制御基板部３４に備える集積回路３４ａは一つで足りる。このため、製造コストを低減できる。
【００７４】
加えて、別の動作を行うための検出に用いられるグランド電極３２ｂを共通にするとともに、グランド電極３２ｂと変位電極３３ａの位置や向きと、メタルドームスイッチ６１の向きを工夫しているので、前記方向検出部Ｉと前記押圧検出部ＩＩと前記押し込み検出部ＩＩＩが厚み方向に効率よく収まり、入力装置１１の厚さを薄くすることができる。ドーム型接点６４の頂部６４ａを露出させたことも、入力装置１１の薄型化に貢献する。
【００７５】
また、本体部材３１は、タッチ基板部３２と押圧基板部３３の間に前記板ばね７１有し、この板ばね７１の付勢力を発揮させた状態にして保持されるので、初期状態でのガタツキを抑えることができる。この結果、指Ａが触れたときのガタツキがなく、操作感覚が良好となる。
【００７６】
しかも、板ばね７１は金属製であるので、線形弾性領域で使用でき、耐久性を得られる。また、板ばね７１を用いているため、板ばね７１自体を薄く形成できるとともに、前記のような切り起こした弾性脚部７２を有するので、入力装置１１の厚さを薄くすることに貢献できる。
【００７７】
さらに、導電性の板ばね７１を用いているので、押圧力と距離の関係を直線的に表現できる。このため、押圧力と静電容量も直線的に表すことができ、制御が容易である。また、導電性の板ばね７１を用いているが、この板ばね７１はアース接点３２ｄによって前記グランド電極３２ｂと接続されているので、板ばね７１に電荷がたまることはなく、検出精度を確保できる。
【００７８】
しかも、金属製の板ばね７１は、ＦＰＣよりも加工精度が高いので、前記本体部材３１を保持部材４１に保持するときに、保持部材４１に対する位置決めが、本体部材３１で位置決めする場合に比して正しく行える。
【００７９】
また、前記変位基板部３３ａの下方には、メタルドームスイッチ６１が設けられており、前記のように、更に別の動作を行うことができるので、入力装置１１としての機能を拡大できる。
【００８０】
そのうえ、メタルドームスイッチ６１を用いているので、明確なクリック感が得られ、前記のように選択した事項を決定する動作に好適である。明確なクリック感は、タッチ基板部３２に前記板ばね７１が接着により一体化されていてメタルドームスイッチ６１のドーム型接点６４の変形によりＯＮする際には、板ばね７１がばねとしての役目を終えて剛体となることにより、さらに良好なものとなる。
【００８１】
また、メタルドームスイッチ６１は、前記押圧基板部３３を利用して、ドーム型接点６４の頂部６４ａを下に向けて取り付けられるので、重なり合う部品数を低減できる。このため、さらなる薄型化に貢献する。
【００８２】
以下、その他の形態について説明する。この説明において、前記の構成と同一または同等の部位については同一の符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【００８３】
図１１は、前記グランド電極３２ｂと前記変位電極３３ａとの間のばねを、前記本体部材３１を構成するＦＰＣの一部を湾曲して形成した例を示す。すなわち、前記本体部材３１のタッチ基板部３２と押圧基板部３３との間のケーブル部３５が半円弧状に湾曲されて弾性を有する第１ばね部７５が形成される。また、前記タッチ基板部３２の先端側に、先端部７６ａが前記押圧基板部３３の上面に接して前記第１ばね部７５と対向する、半円弧状に湾曲した第２ばね部７６が形成されている。第１ばね部７５と第２ばね部７６では、ＦＰＣを構成する導電体（図示せず）が、主として弾発力を発揮する。
【００８４】
このように構成された入力装置１１では、別体の前記ばね部材７１が不要であるので、部品点数を低減し、コストの低減を図ることができる。また、第１ばね部７５と第２ばね部７６は相対向する位置に形成されているので、弾性変位、つまり、前記グランド電極３２ｂと前記変位電極３３ａとの間の距離の縮まりは安定して行われる。
【００８５】
図１２は、前記グランド電極３２ｂと変位電極３３ａの間の距離が縮まったときに駆動して、押圧されていることを報知する報知手段として振動器９１が設けられた入力装置１１である。
【００８６】
報知手段は、振動を生じる振動器９１や音を発生する電子音発生器などで構成できるが、指Ａの動作による入力操作が感覚的なものであることから、前記振動器９１によるものが好ましい。振動器９１の発する振動により、ユーザは、フィードバック感により押圧していることを実感でき、より感覚的で正確な操作が可能となる。
【００８７】
振動器９１は、図１２に示したように保持部材４１の底面など、適宜の部位に取り付けられる。このように専用の振動器９１を備えるほか、携帯情報端末２１（図４参照）に備えられている振動器（図示せず）を流用してもよい。
【００８８】
図１３は、平面上における直線方向（Ｘ方向）の位置を検出できるように、２個以上のタッチ電極３２ａを一方向に並べて構成した入力装置１１を備えた携帯情報端末２１の例を示している。
【００８９】
このように構成した入力装置１１でも、前記と同様に、複数種類の入力操作が感覚的かつ確実に行える。また、装置の小型化も実現できる。
【００９０】
この発明の構成と、前記一形態の構成との対応において、
この発明のばねは、前記構成の板ばね７１、第１ばね部７５、第２ばね部７６に対応し、
スイッチ、ドームスイッチは、前記メタルドームスイッチ６１に対応し、
報知手段は、振動器９１に対応するも、
この発明は、前記構成のみに限定されるもではなく、その他の形態を採用することができる。
【００９１】
たとえば、入力装置による入力操作による動作は、前記例以外のものでもよく、タッチ電極３２ａの静電容量の変化により座標を指定するように制御してもよい。
【００９２】
また、メタルドームスイッチ６１を省略してもよい。メタルドームスイッチ６１に代えて、例えばタクトスイッチ（アルプス電気（株）の登録商標）やメンブレンスイッチ、感圧スイッチ等の各種スイッチを用いることもできる。
【００９３】
さらに、入力は指以外で行えるようにすることも可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１１…静電容量式入力装置
３２…タッチ基板部
３２ａ…タッチ電極
３２ｂ…グランド電極
３２ｄ…アース接点
３３…押圧基板部
３３ａ…変位電極
５１…隙間
６１…メタルドームスイッチ
６２，６３…電極
６４…ドーム型接点
７１…板ばね
７５…第１ばね部
７６…第２ばね部
９１…振動器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば携帯電話やＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、テレビ、ビデオ等の電子機器に用いられるような静電容量式入力装置に関し、より詳しくは、複数種類の入力操作が指で感覚的または直感的に行えるような静電容量式入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数種類の入力操作が行える入力装置としては、下記特許文献１に開示されたものがある。これは、入力検出面での位置指示具の指示位置の座標を検出する位置座標検出装置と、前記入力検出面への位置指示具の押圧力を検出する押圧力検出装置を有する入力装置である。
【０００３】
そして、前記位置座標検出装置は光学式、前記押圧力検出装置は静電容量式のセンサで構成されている。
【０００４】
しかし、２種類の検出装置で検出原理が異なると、これらを違うＩＣで制御することが必要になることがある。この場合にはコストがかかり、小型化にも支障をきたすことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４７８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような問題は、位置座標検出装置と押圧力検出装置の２種類の検出装置を、直感的に操作できて入力操作に確実に反応する同じ静電容量式のセンサで構成することで解消される。
【０００７】
そのためには、図１４（ａ）に示したように、基板１０１の上面に設けられたタッチ電極１０２と、前記基板１０１の下面に設けられた第１グランド電極１０３で前記入力座標検出装置に相当する位置検出部１０４を構成し、相互に離間された変位電極１０５と第２グランド電極１０６で前記押圧力検出装置に相当する押圧検出部１０７を構成して、これらを、絶縁層１０８を介して上下に積層する構成が考えられる。
【０００８】
なお、図１４中、１０９はキートップ、１１０はばね、１１１は基板である。また、絶縁膜などの主要でない部位については図示を省略している。
【０００９】
しかし、前記押圧検出部１０７の感度を確保するためには、変位電極１０５の初期の静電容量を小さくしておく必要がある。このためには、前記変位電極１０５と前記第１グランド電極１０３との間の距離を離すべく、前記絶縁層１０８の厚さを厚くしなければなない。しかし、図１４（ａ）の構成では、グランド電極１０３，１０６が２つ必要なうえに前記絶縁層１０８が厚いので、入力装置を薄く構成することができない。
【００１０】
このため、図１４（ｂ）に示したように、グランド電極を１つ省略する構成を考えることができる。
【００１１】
すなわち、基板１０１の上面にタッチ電極１０２を有し、前記基板１０１の下面に変位電極１０５を有するとともに、この変位電極１０５の下方に隙間をあけてグランド電極１１２を対向させる構成である。この構成によれば、タッチ電極１０２とグランド電極１１２によって指の位置検出ができるとともに、変位電極１０５とグランド電極１１２の間の距離の縮みにより押圧検出ができる。
【００１２】
しかしながら、このような構成では、前記タッチ電極１０２と、このタッチ電極１０２のためでもある前記グランド電極１１２との間に、変位電極１０５が存在するので、指で押圧したときには変位電極１０５とグランド電極１１１との間の距離が縮むとともに、タッチ電極１０２とグランド電極１１２との間の距離も縮む。このため、位置検出の静電容量の変化が不安定になる。この結果、精度が得られないことになり、入力操作に確実に反応するという静電容量式の利点を享受できない。
【００１３】
そこで、この発明は、複数種類の入力操作が感覚的かつ確実に行え、装置の薄型化にも資するようにすることを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そのための手段は、静電容量の変化に基づいて平面上の位置を検出するためのタッチ電極を上面に有するとともに、下面には前記タッチ電極のためのグランド電極を有するタッチ基板部と、前記グランド電極に対向させて前記タッチ基板部の下方に隙間を隔てて設けられ、前記グランド電極との間の距離の縮まりによる静電容量の変化に基づいて押圧を検出するための変位電極とを備えた静電容量式入力装置である。
【００１５】
前記タッチ電極に指などが接近したり接触したりすると前記タッチ電極の静電容量が変化し、この変化に基づいて平面上での位置が検出される。このとき前記タッチ電極と前記グランド電極の間の距離は一定であるので、静電容量値の変化は安定する。
【００１６】
また、前記タッチ電極側から押圧されて、前記グランド電極と変位電極の間の距離が縮まると、前記変位電極の静電容量が変化し、この変化に基づいて押圧が検出される。
【００１７】
つまり、位置と押圧の検出動作の干渉はなく、少なくとも２種類の入力操作が指などの動きで可能である。
【００１８】
また、２種類の入力操作は静電容量の変化に基づくので、制御は１つのＩＣで行い得る。
【００１９】
この発明は、前記グランド電極と前記変位電極との間が、ばねで離間方向に付勢された静電容量式入力装置であってもよい。この場合、前記ばねは、前記タッチ電極と前記グランド電極と前記変位電極を備える変位基板部の一部を湾曲して形成されたものでもよい。
【００２０】
前記ばねが付勢力を発揮している状態を初期状態とすることにより、前記ばねが、指などが接触した時のガタツキを抑え、操作感触を向上する。
【００２１】
好ましくは、前記グランド電極と前記変位電極との間に、導電性を有する弾性部材からなる板ばねが介装されるとともに、該板ばねが前記グランド電極と電気的に接続された静電容量式入力装置であるとよい。
前記板ばねが前記のばねと同様に操作感触を向上するほか、長期間にわたって所望の付勢力を発揮し、薄型化にも資する。
【００２２】
さらに、この発明は、前記変位電極の下方に、押圧されることによりＯＮ・ＯＦＦ切換するスイッチが設けられた静電容量式入力装置であってもよい。
前記スイッチの切換で、たとえば決定機能などの他の機能を発揮する。
【００２３】
好ましくは、前記スイッチがドームスイッチで構成されるとともに、該ドームスイッチのための電極が、前記変位電極を上面に有する変位基板部の下面に形成された静電容量式入力装置であるとよい。
前記電極が前記変位電極を有する変位基板部の下面に形成されているので、前記ドームスイッチはドーム形状の頂部を下にして取り付けられることになる。このため、基板等の部品点数を抑えられ、薄型化にも資する。
【００２４】
さらにまた、前記グランド電極と変位電極の間の距離が縮まったときに駆動して、押圧されていることを報知する報知手段が設けられた静電容量式入力装置であってもよい。
【００２５】
前記報知手段は、振動を生じる振動器や音を発生する電子音発生器などで構成できる。報知手段は、押圧状態であることを知らせ、使用者にフィードバック感を付与する。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、この発明によれば、複数種類の入力操作が感覚的かつ確実に行える。また、装置の薄型化も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の要部の縦断面構造を示す模式図。
【図２】入力装置の上面側から見た外観を示す斜視図。
【図３】入力装置の下面側から見た外観を示す斜視図。
【図４】入力装置を備えた携帯情報端末の斜視図。
【図５】入力装置の上面側から見た分解斜視図。
【図６】入力装置の下面側から見た分解斜視図。
【図７】入力装置の要部の縦断面図。
【図８】携帯情報端末の構成を示すブロック図。
【図９】入力装置による動作例を示す説明図。
【図１０】入力装置による検出状態を示す説明図。
【図１１】他の例に係る入力装置の要部の縦断面図。
【図１２】他の例に係る入力装置の下面側から見た斜視図。
【図１３】他の例に係る入力装置を備えた携帯情報端末の斜視図。
【図１４】従来技術から考えられる入力装置の構造を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１は、静電容量式入力装置１１（以下、「入力装置」という。）の要部の縦断面構造を示す模式図であり、図２は、入力装置１１の上面側から見た外観を示す斜視図、図３はその下面側から見た外観を示す斜視図である。このような入力装置１１は、例えば図４に示したような携帯情報端末２１の入力装置１１として使用される。
【００２９】
まず、携帯情報端末２１について簡単に説明する。
図４に示した携帯情報端末２１は、薄い直方体状に形成され、正面の一部を除くほとんどの部分に長方形をなす表示器２２を有する。そして、正面における前記表示器２２が形成されていない部分に、前記入力装置１１と、その他の操作スイッチ２３が備えられている。入力装置１１は、平面視円形をなす入力部１２を携帯情報端末２１の表面に露出した状態で備えられる。なお、入力部１２の形状は、楕円形、四角形等でもよく、必ずしも円形に限定されるものではない。
【００３０】
この入力装置１１は、複数種類の入力操作がユーザの指Ａ（図１参照）の動作で感覚的に行える構成である。複数種類の入力操作とは、たとえば、表示器２２のカーソルを移動させる操作と、ページ捲りや決定など、その他の操作である。
【００３１】
次に、このような操作を可能にするための入力装置１１の構成について説明する。
入力装置１１は、図５、図６に示したように、１本のＦＰＣ（Ｆｒｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）からなる本体部材３１を有する。この本体部材３１は、先端側から順にタッチ基板部３２と、押圧基板部３３と、制御基板部３４を有する。そして、前記タッチ基板部３２と前記押圧基板部３３の間と、この押圧基板部３３と前記制御基板部３４との間には、屈曲可能なケーブル３５，３６部が設けられるとともに、前記制御基板部３４からも屈曲可能なケーブル部３７が延設されている。本体部材３１は、ＦＰＣのほか、メンブレン印刷配線板等でも構成できる。また、前記ケーブル部３５，３６，３７は、可撓性を有し、柔軟に屈曲する。
【００３２】
前記タッチ基板部３２と押圧基板部３３は、前記入力部１２を構成する部分で、これらは、前記ケーブル部３５で折り返して重ね合わせたような状態で金属製の保持部材４１に保持される。
【００３３】
前記タッチ基板部３２は、平面視略円形に形成され、図１に示したように、上面に、静電容量の変化に基づいて平面上の位置を検出するための複数のタッチ電極３２ａを有し、下面には、前記タッチ電極３２ａのためのグランド電極３２ｂを有する。これらタッチ電極３２ａとグランド電極３２ｂとの間の距離は一定に保たれている。なお、図示例のタッチ電極３２ａは、図５に示したように４極であり、円を描いてめぐるように配設された４個のタッチ電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄを有するが、２個以上の電極を有するものであれば、個数も配置も自由に設定できる。
【００３４】
また、このタッチ基板部３２の上下両面は絶縁膜３２ｃで被覆されるが、図６に示したように、タッチ基板部３２の下面の一部には、前記グランド電極３２ｂに電気的に接続されたアース接点３２ｄが突設されている。
【００３５】
前記押圧基板部３３は、平面視略方形状に形成されている。そして、上面には、図１に示したように、前記グランド電極３２ｂに対して隙間５１を隔てて対向し、前記グランド電極３２ｂとの間の距離の縮まりによる静電容量の変化に基づいて押圧を検出するための変位電極３３ａを有する。また、押圧基板部３３の下面には、メタルドームスイッチ６１のための環状の電極６２と円形の電極６３が同心状態で配設されている。この押圧基板部３３においても、上下両面の所望位置には絶縁膜３３ｃが被覆される。
【００３６】
前記制御基板部３４には、図３、図６に示したように、集積回路（ＩＣ）３４ａなどの必要な電子部品が搭載されている。
【００３７】
このような本体部材３１は、前記グランド電極３２ｂと前記変位電極３３ａとの間を離間方向に付勢するばねとしての板ばね７１と、前記変位電極３３ａの下方に設けられて押圧されることにより変形してＯＮ・ＯＦＦ切換するスイッチとしての前記メタルドームスイッチ６１を組み付けて、前記保持部材４１に保持される。
【００３８】
前記板ばね７１は、導電性を有する金属板を打ち抜いて形成されたものである。形状は略方形状であり、２本の弾発脚部７２が切り起こしで形成されている。２本の弾発脚部７２は平行に形成され、相反する方向に延びている。なお、板ばね７１は導電性を有する弾性部材からなるものであればよく、必ずしも金属製のものに限定されるものではない。
【００３９】
この板ばね７１は、両面粘着テープ８１により前記タッチ基板部３２の下面に固定される。この固定時には、タッチ基板部３２の下面の前記アース接点３２ｄを板ばね７１に接触させる。板ばね７１がタッチ基板部３２に固定されることにより、前記２本の弾発脚部７２の先端は、前記押圧基板部３３の上面に当接することになる。
【００４０】
また、前記板ばね７１の外周縁には、前記本体部材３１を前記保持部材４１に保持したときに、保持部材４１に対して位置決めするための適宜の凸部７３を有する。
【００４１】
前記メタルドームスイッチ６１は、前記押圧基板部３３の下面に設けられた２つの電極６２，６３とドーム型接点６４で構成されている。このため、ドーム型接点６４は、頂部６４ａが下に向くように取り付けられる。この頂部６４ａは、前記保持部材４１の内底面に形成された突部４２に当接する。
【００４２】
また、ドーム型接点６４は、図７に示したように２枚のシート６５，６６で保持されるが、これらのシート６５，６６のうちドーム型接点６４を覆うシート６５におけるドーム型接点６４の頂部６４ａに対応する部位には穴部６５ａが形成されている。この穴部６５ａは、入力装置１１の全体の厚みを薄くするためのものである。このような穴部６５ａがあることにより、前記頂部６４ａは、前記保持部材４１の突部４２に直接当接する。なお、図５中、６６ａはドーム型接点６４が変形したときの空気抜きのための空気抜き穴である。
【００４３】
前記保持部材４１は、金属板をプレス加工して、前記押圧基板部３３と前記板ばね７１が入る大きさの皿状に形成されている。そして、内底面の中央には、上方に膨出する前記突起４２を有する。
【００４４】
また、保持部材４１の外周縁には周壁４３が立設されており、この周壁４３は、その内側面の一部が前記板ばね７１の外周縁の凸部７３の端面を押さえて、板ばね７１の位置決めができる形状に形成される。さらに、保持部材４１の四隅部分には、前記周壁４３から折り曲げ片４４が立設されている。この折り曲げ片４４を内側に折り曲げることで、前記本体部材３１等が保持される。このとき、前記板ばね７１が付勢力を発揮した状態になるように保持を行う。
【００４５】
前記本体部材３１等を保持部材４１に保持すると、図７に示したようになる。
【００４６】
また、前記タッチ基板部３２の上には、絶縁性を有するキートップ８２が設けられる。このキートップ８２は両面粘着テープ８３で固定されている。
【００４７】
このようなキートップ８２のほかシート材（図示せず）を用いてもよく、さらには、機器の筐体（図示せず）をキートップ８２代わりに利用してもよい。
【００４８】
図８は、前記のように構成された入力装置１１を備えた携帯情報端末２１の構成を示すブロック図である。
【００４９】
携帯情報端末２１は、前記のように入力装置１１と操作スイッチ２３と表示器２２を有するとともに、電源部２４と記憶部２５などが備えられている。そして、これらは、制御部２６に接続されている。前記入力装置１１にあっては、ローパスフィルタ２７を介して制御部２６に接続される。
【００５０】
前記入力装置１１は、前記のようにタッチ電極３２ａと変位電極３３ａを有し、前記タッチ電極３２ａは、円を描いてめぐるように配設された前記４個のタッチ電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄで構成されている。そして、これらタッチ電極３２ａと変位電極３３ａは前記集積回路３４ａに接続され、この集積回路３４ａが前記ローパスフィルタ２７に接続される。
【００５１】
前記集積回路３４ａは、各タッチ電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄで検出する静電容量値と、変位電極３３ａで検出する静電容量値をデジタル信号に変換する。
【００５２】
前記ローパスフィルタ２７は、前記入力装置１１から瞬間的な通電による信号を受け取った場合に、この信号をカットして検知しないようにし、それ以上の長い時間の通電による信号のみを制御部２６に伝達する。これにより、衝突等によって入力装置１１が瞬間的に押下操作された場合に誤作動しないようにしている。
【００５３】
前記操作スイッチ２３は、ユーザの操作に基づく信号を制御部２６に伝達する。
【００５４】
前記電源部２４は、各部に電力を供給する。
【００５５】
前記表示器２２は、制御部２６の制御信号に従って画像を表示する。この画像には、メニュー画像や記憶部２５に保存した画像などがある。
【００５６】
前記記憶部２５は、制御部２６の制御信号に従ってデータの読み書きを行う。このデータには、メニュー画面などを表示するプログラムなどがある。
【００５７】
前記制御部２６は、プログラムを格納したＲＯＭおよび動作に必要なデータを記憶するＲＡＭを内蔵している。
【００５８】
前記入力装置１１に対する入力操作に基づいた前記制御部２６による制御動作の一例を、図９と図１０を用いて次に説明する。
前記入力装置１１は、タッチ電極３２ａと変位電極３３ａの静電容量値の変化により、ユーザの指Ａのタッチ位置と、それによる押し込み荷重を検出する。各電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄ，３３ａのそれぞれの静電容量値の変化ΔＣａ，ΔＣｂ，ΔＣｃ，ΔＣｄ，ΔＣｅは、
各タッチ電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄで検出する静電容量値をそれぞれＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄとし、変位電極３３ａで検出する静電容量値をＣｅとして、
非タッチ時の電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄの静電容量値をそれぞれＣａ０，Ｃｂ０，Ｃｃ０，Ｃｄ０として、変位電極３３ａで検出する静電容量値をＣｅ０とすると、
ΔＣａ＝Ｃａ−Ｃａ０
ΔＣｂ＝Ｃｂ−Ｃｂ０
ΔＣｃ＝Ｃｃ−Ｃｃ０
ΔＣｄ＝Ｃｄ−Ｃｄ０
ΔＣｅ＝Ｃｅ−Ｃｅ０
の演算式で算出される。
【００５９】
つまり、前記集積回路３４ａを介して入力された信号と、予め記憶した非タッチ時の静電容量値のデータに基づいて、前記制御部２６が前記演算をして、静電容量の変化を算出する。
【００６０】
そして、この結果に基づいて、制御部２６はさらに、タッチ位置Ｘ、Ｙと、押し込み荷重Ｚを算出する。タッチ位置Ｘは左右方向（タッチ電極３２ａｂ，３２ａｃとタッチ電極３２ａａ，３２ａｄが対峙する方向）、タッチ位置Ｙは上下方向（タッチ電極３２ａａ，３２ａｂとタッチ電極３２ａｃ，３２ａｄが対峙する方向）であり、それぞれ、
Ｘ＝（ΔＣａ＋ΔＣｄ）−（ΔＣｂ＋ΔＣｃ）
Ｙ＝（ΔＣａ＋ΔＣｂ）−（ΔＣｃ＋ΔＣｄ）
の演算式で算出できる。
【００６１】
また、押し込み荷重Ｚは、変位電極３３ａの静電容量値の変化量ΔＣｅで求められる。すなわち、Ｚ＝ΔＣｅである。
【００６２】
このようにして算出された各部の静電容量値の変化から、タッチ位置や押し込み深さを検出し、制御部２６は、プログラムに基づいて必要な制御動作を行う。
【００６３】
具体的には、ユーザの指Ａが入力部１２表面のキートップ８２に閾値を超えない程度に軽く触れた（例えば１Ｎより小さい力で触れた）状態で、図９（ａ）に示したように、タッチ電極３２ａを左から右に撫でるように移動すると、各タッチ電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄの静電容量値の変化ΔＣａ，ΔＣｂ，ΔＣｃ，ΔＣｄは図１０（ａ）に示したようにそれぞれ変化する。この結果、タッチ位置Ｘ，Ｙの情報が得られる。
【００６４】
この情報から、指Ａの移動方向が判断され、制御部２６は、入力された信号に基づいて、図９（ａ）に示したように、前記表示器２２に表示されたメニュー画面などでカーソル２２ａを予め定められた基準位置から、指Ａで指示された方向に移動する制御を行う。
【００６５】
同様の状態で図９（ｂ）に示したように、左斜め下から右斜め上に向けて撫でるように移動したときも、各タッチ電極３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ，３２ａｄの静電容量値の変化ΔＣａ，ΔＣｂ，ΔＣｃ，ΔＣｄは、図１０（ｂ）に示したように変化し、この結果、タッチ位置Ｘ，Ｙの情報が得られる。
【００６６】
この情報から、指Ａの移動方向が検出され、制御部２６は、入力された信号に基づいて、図９（ｂ）に示したように、前記表示器２２に表示されたメニュー画面などでカーソル２２ａを予め定められた基準位置から、指Ａで指示された斜め方向に移動する制御を行う。
【００６７】
ユーザの指Ａが前記の場合よりも閾値を超える程度に強く触れて（例えば１Ｎ以上の力で触れて）から弾くようにして急に離すような動作、具体的には、図９（ｃ）に示したように、指Ａで本のページを捲るような動作をすると、指Ａの接触を前記タッチ電極３２ａの静電容量の変化に基づいて検出するとともに、その押圧を前記変位電極３３ａの静電容量の変化に基づいて検出する。そして、押圧が検出されている状態において前記タッチ電極３２ａの静電容量の変化に基づいて指Ａの移動方向を検出する。各部の静電容量値の変化ΔＣａ，ΔＣｂ，ΔＣｃ，ΔＣｄ，ΔＣｅは、図１０（ｃ）のように変化を示す。
【００６８】
そして、制御部２６は、各部の静電容量値の変化ΔＣａ，ΔＣｂ，ΔＣｃ，ΔＣｄ，ΔＣｅに基づくタッチ位置Ｘ，Ｙと押し込み荷重Ｚの情報に従って、図９（ｃ）に示したように、前記表示器２２に表示されたメニュー画面などで現在表示されている画面を、指Ａで指示された方向の次の画面に、画面を移動する制御を行う。
【００６９】
ユーザの指Ａが強く触れて、押し込むような動作をすると、前記メタルドームスイッチ６１のドーム型接点６４の変形によるＯＮ動作に基づいて、メニュー画面などにおいてカーソル２２ａで選択されたメニューなどを決定する信号を制御部２６に伝達する。このとき制御部２６は、入力されたＯＮ信号に基づいて、図９（ｄ）に示したように、前記表示器２２に表示されたメニュー画面などに表示されカーソル２２ａで選択されているメニューなどを決定すべく、その部分の外観を変化させるとともに、各部の必要な制御動作を行う。決定に際しては、ドーム型接点６４が変形するので、クリック感が得られる。
【００７０】
このようにして入力操作が行えるので、カーソル移動のほか、ページ捲り或いはページ移動、決定の操作が、１つの入力装置１１で行える。つまり、図１に示したように、方向検出部Ｉ、押圧検出部ＩＩ、押し込み検出部ＩＩＩを厚み方向に有し、これらにより多様な入力操作ができる。しかも、カーソル移動もページ捲りも、決定も、指Ａで実際にその動作を行うように感覚的かつ確実に行える。
【００７１】
また、前記タッチ電極３２ａと前記グランド電極３２ｂはタッチ基板部３２の上面と下面に分けて形成され、それらの間の距離は一定であるので、タッチ電極３２ａの静電容量の変化を安定させることができる。
【００７２】
しかも、キートップ８２が押圧されて前記タッチ基板部３２のグランド電極３２ｂが前記変位電極３３ａに近づいて、前記グランド電極３２ｂと変位電極３３ａの間の距離が縮まると、前記変位電極３３ａの静電容量が変化して、この変化に基づいて押圧が検出される。この結果、タッチ電極３２ａのみで検出して行う動作とは別のページ捲りなどの動作ができるが、このときに、タッチ電極３２ａとグランド電極３２ｂの距離が一定であるので、位置と押圧の検出動作に干渉が起こることを防止でき、操作の確実性、信頼性を確保することができる。
【００７３】
そのうえ、このような別の動作を行うための検出原理には、同じ静電容量を採用しているので、前記制御基板部３４に備える集積回路３４ａは一つで足りる。このため、製造コストを低減できる。
【００７４】
加えて、別の動作を行うための検出に用いられるグランド電極３２ｂを共通にするとともに、グランド電極３２ｂと変位電極３３ａの位置や向きと、メタルドームスイッチ６１の向きを工夫しているので、前記方向検出部Ｉと前記押圧検出部ＩＩと前記押し込み検出部ＩＩＩが厚み方向に効率よく収まり、入力装置１１の厚さを薄くすることができる。ドーム型接点６４の頂部６４ａを露出させたことも、入力装置１１の薄型化に貢献する。
【００７５】
また、本体部材３１は、タッチ基板部３２と押圧基板部３３の間に前記板ばね７１有し、この板ばね７１の付勢力を発揮させた状態にして保持されるので、初期状態でのガタツキを抑えることができる。この結果、指Ａが触れたときのガタツキがなく、操作感覚が良好となる。
【００７６】
しかも、板ばね７１は金属製であるので、線形弾性領域で使用でき、耐久性を得られる。また、板ばね７１を用いているため、板ばね７１自体を薄く形成できるとともに、前記のような切り起こした弾性脚部７２を有するので、入力装置１１の厚さを薄くすることに貢献できる。
【００７７】
さらに、導電性の板ばね７１を用いているので、押圧力と距離の関係を直線的に表現できる。このため、押圧力と静電容量も直線的に表すことができ、制御が容易である。また、導電性の板ばね７１を用いているが、この板ばね７１はアース接点３２ｄによって前記グランド電極３２ｂと接続されているので、板ばね７１に電荷がたまることはなく、検出精度を確保できる。
【００７８】
しかも、金属製の板ばね７１は、ＦＰＣよりも加工精度が高いので、前記本体部材３１を保持部材４１に保持するときに、保持部材４１に対する位置決めが、本体部材３１で位置決めする場合に比して正しく行える。
【００７９】
また、前記変位基板部３３ａの下方には、メタルドームスイッチ６１が設けられており、前記のように、更に別の動作を行うことができるので、入力装置１１としての機能を拡大できる。
【００８０】
そのうえ、メタルドームスイッチ６１を用いているので、明確なクリック感が得られ、前記のように選択した事項を決定する動作に好適である。明確なクリック感は、タッチ基板部３２に前記板ばね７１が接着により一体化されていてメタルドームスイッチ６１のドーム型接点６４の変形によりＯＮする際には、板ばね７１がばねとしての役目を終えて剛体となることにより、さらに良好なものとなる。
【００８１】
また、メタルドームスイッチ６１は、前記押圧基板部３３を利用して、ドーム型接点６４の頂部６４ａを下に向けて取り付けられるので、重なり合う部品数を低減できる。このため、さらなる薄型化に貢献する。
【００８２】
以下、その他の形態について説明する。この説明において、前記の構成と同一または同等の部位については同一の符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【００８３】
図１１は、前記グランド電極３２ｂと前記変位電極３３ａとの間のばねを、前記本体部材３１を構成するＦＰＣの一部を湾曲して形成した例を示す。すなわち、前記本体部材３１のタッチ基板部３２と押圧基板部３３との間のケーブル部３５が半円弧状に湾曲されて弾性を有する第１ばね部７５が形成される。また、前記タッチ基板部３２の先端側に、先端部７６ａが前記押圧基板部３３の上面に接して前記第１ばね部７５と対向する、半円弧状に湾曲した第２ばね部７６が形成されている。第１ばね部７５と第２ばね部７６では、ＦＰＣを構成する導電体（図示せず）が、主として弾発力を発揮する。
【００８４】
このように構成された入力装置１１では、別体の前記ばね部材７１が不要であるので、部品点数を低減し、コストの低減を図ることができる。また、第１ばね部７５と第２ばね部７６は相対向する位置に形成されているので、弾性変位、つまり、前記グランド電極３２ｂと前記変位電極３３ａとの間の距離の縮まりは安定して行われる。
【００８５】
図１２は、前記グランド電極３２ｂと変位電極３３ａの間の距離が縮まったときに駆動して、押圧されていることを報知する報知手段として振動器９１が設けられた入力装置１１である。
【００８６】
報知手段は、振動を生じる振動器９１や音を発生する電子音発生器などで構成できるが、指Ａの動作による入力操作が感覚的なものであることから、前記振動器９１によるものが好ましい。振動器９１の発する振動により、ユーザは、フィードバック感により押圧していることを実感でき、より感覚的で正確な操作が可能となる。
【００８７】
振動器９１は、図１２に示したように保持部材４１の底面など、適宜の部位に取り付けられる。このように専用の振動器９１を備えるほか、携帯情報端末２１（図４参照）に備えられている振動器（図示せず）を流用してもよい。
【００８８】
図１３は、平面上における直線方向（Ｘ方向）の位置を検出できるように、２個以上のタッチ電極３２ａを一方向に並べて構成した入力装置１１を備えた携帯情報端末２１の例を示している。
【００８９】
このように構成した入力装置１１でも、前記と同様に、複数種類の入力操作が感覚的かつ確実に行える。また、装置の小型化も実現できる。
【００９０】
この発明の構成と、前記一形態の構成との対応において、
この発明のばねは、前記構成の板ばね７１、第１ばね部７５、第２ばね部７６に対応し、
スイッチ、ドームスイッチは、前記メタルドームスイッチ６１に対応し、
報知手段は、振動器９１に対応するも、
この発明は、前記構成のみに限定されるもではなく、その他の形態を採用することができる。
【００９１】
たとえば、入力装置による入力操作による動作は、前記例以外のものでもよく、タッチ電極３２ａの静電容量の変化により座標を指定するように制御してもよい。
【００９２】
また、メタルドームスイッチ６１を省略してもよい。メタルドームスイッチ６１に代えて、例えばタクトスイッチ（アルプス電気（株）の登録商標）やメンブレンスイッチ、感圧スイッチ等の各種スイッチを用いることもできる。
【００９３】
さらに、入力は指以外で行えるようにすることも可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１１…静電容量式入力装置
３２…タッチ基板部
３２ａ…タッチ電極
３２ｂ…グランド電極
３２ｄ…アース接点
３３…押圧基板部
３３ａ…変位電極
５１…隙間
６１…メタルドームスイッチ
６２，６３…電極
６４…ドーム型接点
７１…板ばね
７５…第１ばね部
７６…第２ばね部
９１…振動器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量の変化に基づいて平面上の位置を検出するためのタッチ電極を上面に有するとともに、下面には前記タッチ電極のためのグランド電極を有するタッチ基板部と、
前記グランド電極に対向させて前記タッチ基板部の下方に隙間を隔てて設けられ、前記グランド電極との間の距離の縮まりによる静電容量の変化に基づいて押圧を検出するための変位電極とを備えた
静電容量式入力装置。
【請求項２】
前記グランド電極と前記変位電極との間が、ばねで離間方向に付勢された
請求項１に記載の静電容量式入力装置。
【請求項３】
前記グランド電極と前記変位電極との間に、導電性を有する弾性部材からなる板ばねが介装されるとともに、
該板ばねが前記グランド電極と電気的に接続された
請求項１に記載の静電容量式入力装置。
【請求項４】
前記ばねが、前記タッチ電極と前記グランド電極と前記変位電極を備える基板の一部を湾曲して形成された
請求項２に記載の静電容量式入力装置。
【請求項５】
前記変位電極の下方に、押圧されることによりＯＮ・ＯＦＦ切換するスイッチが設けられた
請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の静電容量式入力装置。
【請求項６】
前記スイッチがドームスイッチで構成されるとともに、
該ドームスイッチのための電極が、前記変位電極を上面に有する変位基板部の下面に形成された
請求項５に記載の静電容量式入力装置。
【請求項７】
前記グランド電極と変位電極の間の距離が縮まったときに駆動して、押圧されていることを報知する報知手段が設けられた
請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載の静電容量式入力装置。
【請求項１】
静電容量の変化に基づいて平面上の位置を検出するためのタッチ電極を上面に有するとともに、下面には前記タッチ電極のためのグランド電極を有するタッチ基板部と、
前記グランド電極に対向させて前記タッチ基板部の下方に隙間を隔てて設けられ、前記グランド電極との間の距離の縮まりによる静電容量の変化に基づいて押圧を検出するための変位電極とを備えた
静電容量式入力装置。
【請求項２】
前記グランド電極と前記変位電極との間が、ばねで離間方向に付勢された
請求項１に記載の静電容量式入力装置。
【請求項３】
前記グランド電極と前記変位電極との間に、導電性を有する弾性部材からなる板ばねが介装されるとともに、
該板ばねが前記グランド電極と電気的に接続された
請求項１に記載の静電容量式入力装置。
【請求項４】
前記ばねが、前記タッチ電極と前記グランド電極と前記変位電極を備える基板の一部を湾曲して形成された
請求項２に記載の静電容量式入力装置。
【請求項５】
前記変位電極の下方に、押圧されることによりＯＮ・ＯＦＦ切換するスイッチが設けられた
請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の静電容量式入力装置。
【請求項６】
前記スイッチがドームスイッチで構成されるとともに、
該ドームスイッチのための電極が、前記変位電極を上面に有する変位基板部の下面に形成された
請求項５に記載の静電容量式入力装置。
【請求項７】
前記グランド電極と変位電極の間の距離が縮まったときに駆動して、押圧されていることを報知する報知手段が設けられた
請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載の静電容量式入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２４８４３９（Ｐ２０１１−２４８４３９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８２２４（Ｐ２０１０−１１８２２４）
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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