JP2007164470A - 入力装置およびこの入力装置を使用した電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 静電容量検出型の入力装置を用いて、相対座標による入力と絶対座標による入力の双方を行えるようにする。
【解決手段】 筐体2に表示パネルを供えた表示領域3と、第1の操作領域6および第2の操作領域7が設けられている。第1の操作領域6と第2の操作領域7の内側には、静電容量検出型のセンサ10が設けられている。このセンサ10は、相対座標出力を得るための第1の領域12と絶対座標出力を得るための第2の領域13とに区画されている。第2の操作領域7に指50を触れてスライドさせることにより、文字入力操作が可能となり、第1の操作領域6に指を触れてスライドさせることにより、メニュー選択操作などが可能になる。
【選択図】図7

Description

本発明は、静電容量の変化を検出する入力装置、および前記入力装置を使用した携帯機器などに最適な電子機器に関する。
以下の特許文献1などに記載のように、パッド式の入力装置として静電容量の変化を検出するものがある。この静電容量検出型の入力装置は、樹脂フィルムなどの基板の一方の面に、Y方向に平行に延びる複数のX電極が設けられ、他方の面に、X方向に延びる複数のY電極が設けられている。また隣り合うX電極の間、または隣り合うY電極の間にコモン電極である検出電極が設けられている。
この入力装置は、X電極とY電極に順番に電圧が印加され、検出電極から検出出力が得られる。入力装置に導電体である指が近接すると、指が近接した箇所において、X電極またはY電極と検出電極との間の静電容量に加えて、指と検出電極との間の静電容量が発生し、結果として静電容量が低下する。このときの信号の変化が検出電極で検出される。
特開2005−182837号公報
前記静電容量検出型の入力装置の動作原理では、指の操作箇所を絶対座標データ、すなわちX−Y座標上の位置データとして検出することが可能である。しかし、パーソナルコンピュータ(PC)に前記入力装置が搭載されている場合には、PCにインストールされたドライバーソフトにおいて、前記絶対座標データが、マウスの出力と同等の相対座標出力、すなわち操作箇所が移動していることおよびその移動方向を表す信号出力に変換されてPCのオペレーションシステム(OS)に与えられる。
そのため、前記入力装置を使用して、画面上のポインタ(指示表示)を移動させるなどの操作を行う場合には、マウスによる入力操作と同様に相対座標の入力モードで動作させることができる。しかし、例えば画面上に字を描く操作を行おうとするときには、前記相対座標出力が基本であるため、この相対座標出力と入力装置に併用されている釦の操作出力とを組み合わせないと、画面に字を描くことができない。
しかも、ポインタを移動させる操作と、字を描く操作とを同じ入力装置で行おうとすると、アプリケーションソフトの起動に連動させるなどして、ドライバーソフトにおいて、入力装置の動作モードをポインタを移動させるための相対座標の入力モードで処理するか、字を描くために相対座標出力と釦の操作出力を組み合わせた絶対座標の入力モードであるかを識別して切換える必要がある。そのため、画面上のポインタを所定箇所に移動させて入力操作を行った後に、直ちに字を描く入力を行うような操作はきわめて煩雑であった。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、共通の入力装置を使用して、相対座標の入力と絶対座標の入力の双方ができることを目的としている。また、前記入力装置を使用した電子機器を提供することを目的としている。
本発明は、基板にX方向とY方向に延びる複数の電極が設けられ、電極間の静電容量の変化を検出する入力装置において、
前記基板が、少なくとも第1の領域と第2の領域に区画されており、
前記第1の領域において、静電容量が変化した操作箇所が移動したことを検知したときには、前記操作箇所の移動検出信号に基づいて相対座標出力を生成し、前記第2の領域において、前記操作箇所が検出され、または前記操作箇所が移動したことを検知したときには、前記操作箇所の検出信号に基づいて絶対座標出力を生成するデータ処理部が設けられていることを特徴とするものである。
本発明の入力装置では、区画された第1の領域を操作することにより、相対座標出力を得ることができ、第2の領域を操作することにより絶対座標出力を得ることができる。
本発明の前記相対座標出力は、前記操作箇所が移動していることおよびその移動方向を示す信号であり、前記絶対座標出力は、前記操作箇所のX−Y座標上の位置を示す信号である。
さらに、前記相対座標出力として、前記操作箇所の移動量を累積することで、前記操作箇所の移動距離を示す信号を得るものであってもよい。
本発明の電子機器は、前記入力装置と、表示パネルと、前記入力装置から与えられる相対座標出力および絶対座標出力を処理して、前記表示パネルの表示内容を制御する中央制御処理部とが設けられていることを特徴とするものである。
本発明の電子機器では、操作面に前記入力装置が設けられており、入力装置の第1の領域を操作することで相対座標の操作入力ができ、第2の領域を操作することで字を描くなどの絶対座標の操作入力ができる。
例えば、本発明の電子機器は、前記中央制御処理部に前記相対座標出力が与えられたときに、前記表示パネルの画面に表示されている指示表示が、画面上のいずれかの位置を基準として前記操作箇所の移動方向に向けて移動させられるものである。
また、本発明の電子機器は、前記中央制御処理部に前記絶対座標出力が与えられたときに、前記表示パネルの画面の表示が、前記操作箇所の移動座標に対応して画面上においてX−Y座標上で移動させられるものである。
あるいは、本発明の電子機器は、前記中央制御処理部では、前記絶対座標出力が与えられたときに、前記操作箇所のX−Y座標上の位置に応じたスイッチ入力と認識するものである。
本発明の入力装置およびこの入力装置を使用した電子機器では、同じ入力装置を用いて、相対座標の入力と絶対座標の入力とが可能となる。
図1は本発明の実施の形態の電子機器を示す正面図、図2は図1の電子機器をII−II線で切断した部分断面図、図3は入力装置の構造を示す説明図、図4は電子機器の回路ブロック図、図5は入力装置の処理動作のフローチャート、図6と図7は電子機器の操作例を示す正面図である。
図1と図2に示す電子機器1は、小型で携帯可能なものであり、例えば、携帯電話、携帯用のゲーム装置、ハードディスク装置やフラッシュメモリを内蔵した携帯用のオーディオ装置、または携帯用の小型のパーソナルコンピュータなどである。
電子機器1は、合成樹脂製の筐体2を有しており、この筐体2の内部に前記各装置を構成する回路基板やその他の機構が内蔵されている。図2に示すように、筐体2の前面2aはほぼ平面である。前面2aの縦方向(Y方向)の上方が表示領域3である。図2に示すように、表示領域3では、筐体2に透明なカバー板4が取り付けられており、このカバー板4の表面は前記前面2aと同一面である。カバー板4は、透明な樹脂板あるいはガラス板である。表示領域3では、カバー板4の内側に表示パネル5が設けられている。この表示パネル5は、表示領域3に静止画像および動画像を任意に表示可能なものであり、例えば液晶表示パネルやプラズマ表示パネルまたはLED表示パネルなどである。
筐体2の前面2aでは、前記表示領域3の縦方向での下側に操作領域が設けられている。この操作領域は、表示領域3の下に位置する第1の操作領域6と、それよりも下側に位置する第2の動作領域7を有している。この実施の形態では、第2の操作領域7が第1の操作領域6よりも広い。ただし、第1の操作領域6が第2の操作領域7よりも広くてもよい。
図2に示すように、筐体2の前面2aの内側には、筐体2の内面に密着して固定されたセンサ10が設けられている。センサ10は、静電容量の変化を検出するものであり、図3に示すように、センサ10は1枚の基板11を有している。この基板11は、前記第1の操作領域6と前記第2の操作領域7の双方にまたがって配置されている。基板11は、誘電体であり、例えば樹脂フィルムや薄い合成樹脂の硬い板である。
図3に示すように、センサ10は、基板11の縦方向(Y方向)の上方が第1の領域12で、それよりも下が第2の領域13である。センサ10は、その表面に導電体である指が近接したときのその操作箇所の静電容量の変化を、基板11上のX−Y座標位置として検出できるものである。したがって、センサ10は、前記第1の領域12と第2の領域13とで、その構造上で区画されているものではなく、後に説明するデータ処理部において、操作箇所の座標データが予め決められた前記第1の領域12内の位置データであることが検出されたときに、第1の領域12が操作されたものと認識し、操作箇所の座標データが予め決められた前記第2の領域13内の位置データであることが検出されたときに、第2の領域13が操作されたものと認識する。
基板11の一方の面には、X電極X1,X2,X3,X4,X5が形成されている。このX電極は縦方向(Y方向)に直線的に延び且つ互いに平行である。それぞれのX電極の横方向(X方向)のピッチおよび間隔は一定である。基板11の前記一方の面には、コモン電極である検出電極S1,S2,S3,S4,S5,S6が設けられている。この検出電極は、縦方向(Y方向)に直接的に且つ互いに平行に延びており、全てのX電極と前記検出電極も互いに平行であり、X電極と検出電極との横方向(X方向)のピッチおよび間隔は、各箇所において一定である。
基板11の他方の面には、Y電極Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8,Y9が設けられている。このY電極は、横方向(X方向)へ直線的に且つ互いに平行に延びている。また、縦方向(Y方向)でのY電極のピッチおよび間隔は、第1の領域12と第2の領域13の区画範囲にかかわりなく、一定である。
それぞれのX電極X1ないしX5は、Xドライバー15に接続されており、それぞれのY電極Y1ないしY9は、Yドライバー16に接続されている。また、それぞれの検出電極S1ないしS6は、共通のラインとなって検出部17に接続されている。Xドライバー15とYドライバー16および検出部17は、IC化されたセンサ制御部20の内部に収納されている。
前記センサ10では、Xドライバー15によって、X電極X1,X2,X3,X4,X5に時分割で順番に電圧が印加され、X電極X1,X2,X3,X4,X5に順番に電荷が与えられる。これと時刻を異ならせて、Yドライバー16によって、Y電極Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8,Y9に時分割で順番に電圧が印加される。
センサ10の基板11の前方に位置する筐体2の前面2aを導電体である指が触れると、指が触れた操作箇所およびその周辺では、X電極と検出電極との間の静電容量に加えて、さらにX電極と指および指と検出電極との間の静電容量が発生し、操作箇所においてX電極と検出電極間の静電容量が低下する。よって、X電極X1ないしX5のうちのどのX電極に電圧が印加されているかのタイミングと、検出電極から検出部17に与えられる検出出力とで、静電容量が低下した操作箇所のX座標位置を検出できる。これはY電極と検出電極との関係においても同じであり、Y電極Y1ないしY9のうちのどのY電極に電圧が印加されているかのタイミングと、検出電極から検出部17に与えられる検出出力とで、静電容量が低下した操作箇所のY座標位置を検出できる。
X−Y座標の検出位置は、例えば隣り合うX電極間が128ポジションの分解能で検出され、隣り合うY電極間が128ポジションの分解能で検出される。
図4に示すように、電子機器1では、前記センサ制御部20内の検出部17で検出されたX−Y座標上での操作箇所の検出信号がデータ処理部21に与えられる。データ処理部21では、前記検出信号に基づいて、基板11上での操作箇所のX−Y座標上の位置が算出され、検出された座標に基づいて、第1の領域12が操作されたか第2の領域13が操作されたかを識別する。そして、第1の領域12が操作されたと判断したときには、センサ制御部20から受け取った検出信号から相対座標出力を算出して生成する。また第2の領域13が操作されたと判断したときには、センサ制御部20から受け取った検出信号から絶対座標出力を算出して生成する。
データ処理部21で生成された相対座標出力および絶対座標出力は、中央制御処理部(CPU)22に与えられる。中央制御処理部22では、データ処理部21から与えられた相対座標出力または絶対座標出力に基づいて、所定のデータ処理を行うとともに、表示パネルドライバー23を制御して、表示パネル5の画面上の表示形態を制御する。
本実施の形態では、基板11を有するセンサ10と、センサ制御部20およびデータ処理部21とで、入力装置が構成されている。
図5は、データ処理部21における制御フローを示している。図5に付された「S」は「ステップ」を意味している。
データ処理部21では、S1(ステップ1)において、センサ10が操作箇所を検出したかを判断し、センサ10が操作箇所を検出したと判断したときには、S2において、X−Y座標上の操作箇所が、第1の領域12にあるか第2の領域13にあるかを判断する。操作箇所が第1の領域12にあると判断すると、S3において、操作箇所が移動したか否かを判断する。操作箇所が移動したと判断したときに、S4において、操作箇所の移動方向がX方向のプラス側(例えば右側)であること、またはマイナス側(例えば左側)であるかを算出し、さらにその移動方向がY方向のプラス側(例えば上側)であること、またはマイナス側(例えば下側)ことを算出して相対座標出力を生成し、S5において相対座標出力が中央制御処理部22に与えられる。
S2において、操作箇所が第2の領域13であると判断したときには、S6において、センサ制御部20から与えられた検出信号を基に、操作箇所のX−Y座標上の位置を算出し、また操作箇所が移動したときは、その移動位置のX−Y座標上の位置を算出して絶対座標出力を得る。そして、S7において、絶対座標出力が中央制御処理部22に与えられる。
データ処理部21で生成される「相対座標出力」とは、図1に示す電子機器1の第1の操作領域6に指が触れて、図3に示す基板11の第1の領域12での電極間の静電容量が変化し、しかも静電容量が変化した操作箇所が移動したときに、X方向へ移動していることを示す信号と、その移動方向がプラス側(例えば右側)であるかマイナス側(例えば左側)であるかを示す信号、およびY方向へ移動していることを示す信号と、その移動方向がプラス側(例えば上側)であるかマイナス側(例えば下側)であるかを示す信号であり、例えば3バイト構成である。中央制御処理部22では、前記相対座標出力を一定の時間間隔の検出タイミングで検出し、各検出タイミングにおいて、操作箇所がX方向またはY方向へ移動していることを示す信号が得られたときには、その移動距離を一定値ごとに累積して加算し、操作箇所のX方向への移動量とY方向の移動量を認識する。
または、データ処理部21における図5のS4の処理において、操作箇所がX方向へ移動した信号とY方向へ移動した信号が継続しているときに、その移動距離を一定値を累積して加算することにより算出し、相対座標出力に、X方向とY方向への移動距離に関する信号を含ませて、中央制御処理部22に与えることも可能である。
データ処理部21で生成される「絶対座標出力」とは、電子機器1の第2の操作領域7に指が触れて、センサ10の第2の領域13で電極間の静電容量が変化したとき、センサ制御部20から与えられる検出信号に基づいて、操作箇所のX−Y座標上の位置を算出することにより得られる。前記「絶対座標出力」は、操作箇所のX座標上での位置データとY座標上での位置データを含むものであり、例えば4バイト以上のデータである。データ処理部21から中央制御処理部22に対し、操作箇所の位置データが一定の時間間隔で与えられ、中央制御処理部22では、間欠的に与えられる前記位置データから、操作箇所の移動軌跡が算出される。
あるいは、データ処理部21において、操作箇所の位置と時間ごと変化する移動量とを含むデータを生成し、このデータが「絶対座標出力」として中央制御処理部22に与えられるものであってもよい。
図1に示すように、筐体2の前面2aでは、第1の操作領域6に相対座標の入力領域であることを示すエリア表示31が設けられている。このエリア表示31は、筐体2の前面2aに印刷などの手段で付されていてもよいし、エリア表示の外縁で筐体2の前面がリブ上に突出していてもよい。または、エリア表示31は、筐体2の前面2aに、摩擦係数の低い樹脂層が積層されて形成されていてもよい。また、前記エリア表示31内に指のスライド方向の指針となる操作ガイド表示32が設けられていてもよい。
筐体2の前面2aの第2の操作領域7には、複数のキーマーク33が設けられている。このキーマーク33は、筐体2の前面2aに印刷などで形成されている。なお、このキーマーク33の代わりに薄い押し釦を設け、この押し釦で薄型のスイッチが動作させられるものであってもよい。
図6と図7は、電子機器1の操作とそのときの処理動作および表示領域3での表示内容の例を示すものである。
図6は、電子機器1がメニュー入力モードに設定された状態を示している。このメニュー入力モードは、いずれかのキーマーク33に指を触れることなどにより設定される。メニュー入力モードが設定されると、表示パネル5の表示動作によって、表示領域3にメニュー画面41が表示される。このメニュー画面41は、複数種類の操作処理メニューが縦横に配列するように区画されて表示されているものであり、またメニューを選択するためのポインタ表示42が表示されている。
メニュー入力モードが起動した直後でのメニュー画面41では、ポインタ表示42がメニュー画面41の中央の区画内に位置している。指50を第1の操作領域6のエリア表示31内に触れて、指50を操作ガイド表示32に沿ってスライドさせると、指50の操作箇所の移動情報が、データ処理部21から中央制御処理部22に対して相対座標出力として与えられる。中央制御処理部22では、前記相対座標出力に基づく操作箇所の移動方向および移動距離の情報を取得するとともに、その情報に基づいて表示パネルドライバー23を制御する。その結果、表示領域3では、指50のスライド移動方向およびその距離に応じて、ポインタ表示42が、メニュー画面41の選択された区画内に移動させられる。指50をエリア表示31から離すと、ポインタ表示42は、メニュー画面41の選択された区画内に移動して停止する。
その後、キーマーク33のいずれかに指を触れ、あるいは指50でエリア表示31内をタッピングする(速い速度で指50を接触させ且つ離反させる動作を行う)ことにより、選択された区画に表示されているメニューに相当するソフトウエアが起動する。
なお、メニュー入力モードが設定されたときに、第1の操作領域6の検知を可能として、エリア表示31に指50を触れてスライドさせることを検知し、さらにタッピングしたことを検知できるようにし、このとき第2の操作領域7での操作箇所の検出を、データ処理部21において無視するように設定してもよい。これは、図3に示すセンサ10の第1の領域12での電極間の静電容量の変化のみを有効にし、第2の領域での電極間の静電容量の変化を無視することで実行できる。このように構成すると、第1の操作領域6を操作する動作モードのときに、指や手のひらが第2の操作領域7に触れたとしても、電子機器1が誤った動作を行うことがなくなる。
なお、前記メニュー入力モードなどにおいて、表示領域3にポインタ表示42を表示する代わりに、第1の操作領域6に指50を触れて相対座標出力を生成したときに、その操作箇所の移動方向および移動距離に応じて、メニュー画面41の各区画をハイライト表示させてもよい。
図7は、電子機器1が文字入力モードに設定された状態を示している。文字入力モードは、例えばキーマーク33のいずれかに指を触れることにより設定される。文字入力モードが設定されると、表示領域3に文字入力画面45が表示される。筐体2の前面2aにおいて、指50を第2の操作領域7に触れると、その操作箇所がX−Y座標上の位置データを含む絶対座標出力として中央制御処理部22に与えられる。したがって、第2の操作領域7において、指50を矢印Xaで示すように横方向へスライドさせると、表示領域3に横方向へ延びる線46xが表示される。その後、指50を第2の操作領域7から離し、指50を上へ移動して再度第2の操作領域7に触れ、矢印Yaで示すように下向きにスライドすると、表示領域3に縦方向へ延びる線46yが表示される。
上記の操作を行うことにより、表示領域3に文字を記入することができる。文字の記入後に、いずれかのキーマーク33に指を触れ、あるいは指50で第2の操作領域7をタッピングすると、文字入力が確定する。そして、電子機器1内の中央制御処理部22では、データ処理部21から与えられた絶対座標出力に基づいて、入力した文字を認識する。このとき、指50の操作で部首のみ記入して文字入力を完了させ、その後は中央制御処理部22において、入力された部首を有する文字を抽出して表示画面に表示させるようにしてもよい。このとき、複数の文字が、図6に示すメニュー表示モードと同様に、表示画面3上に配列して表示される。そして、第1の操作領域6での操作入力が有効になり、エリア表示31に接触させた指50をいずれかの方向へスライドさせることにより、複数の文字のいずれかを選択できる。選択後にキーマーク33のいずれかに指を触れ、あるいは指50でエリア表示31をタッピングすることにより、文字の選択確定を行うことができる。
なお、第2の操作領域7を指50で操作して文字入力など行う際に、センサ10からの第1の操作領域6での指50の検知信号を無視し、第2の操作領域7での検出動作のみを有効にすることが好ましい。このように構成することにより、文字入力中に指が第1の操作領域6に触れたとしても、文字入力に悪影響を与えることを防止できる。
また、通常の番号入力や、メニュー選択確定などにおいて、キーマーク33を押圧操作する必要があるときには、第2の操作領域7において、キーマーク33が付されている部分のみで、操作箇所の検出を有効とし、キーマーク33から外れた位置に指50が触れ、センサ10からその検知信号が得られたときには、データ処理部21または中央制御処理部22では、その検知信号を無視するように設定される。これにより、指が複数のキーマーク33のいずれかに触れたことを絶対座標出力により検出でき、キーマーク33の表示に応じて数字の入力などを行うことができる。
なお、本発明の各実施の形態のセンサ10では、基板11に、X電極とY電極と、さらに検出電極が設けられ、X電極とY電極に順番に電圧が印加され、検出電極の出力に基づいて静電容量の変化を検出するものとして説明したが、本発明の入力装置を構成するセンサは、静電容量を検出できる構成であればどのようなものであってもよく、例えば、X電極とY電極およびアース電極とを備え、X電極とアース電極間の静電容量の変化、およびY電極とアース電極間の静電容量の変化を検出するものであってもよい。
また本発明の入力装置をパーソナルコンピュータの操作面に配置し、第1の領域12の操作により、マウスの動作と同じ相対座標出力をオペレーションシステム(OS)に与え、文字入力モードなどでは、第2の領域13を操作することにより、絶対座標主力をOSに与えるようにしてもよい。また、データ処理部21への設定を外部操作で行えるようにしておき、第1の領域12と第2の領域13の検知区画の面積や位置を任意に設定できるようにしてもよい。
本発明の実施の形態の電子機器を示す正面図、 図1に示す電子機器をII−II線で切断した部分断面図、 電子機器に備えられた入力装置の構成を示す説明図、 電子機器の回路ブロック図 入力装置に設けられたデータ処理部21での処理動作を示すフローチャート、 相対座標入力モードでの操作例を示す電子機器の正面図、 絶対相対座標入力モードでの操作例を示す電子機器の正面図、
符号の説明
1 電子機器
2 筐体
2a 前面
3 表示領域
4 カバー板
5 表示パネル
6 第1の操作領域
7 第2の操作領域
10 センサ
11 基板
15 Xドライバー
16 Yドライバー
17 入力部
20 センサ制御部
21 データ処理部
22 中央制御処理部
31 エリア表示
33 キーマーク

Claims (7)

  1. 基板にX方向とY方向に延びる複数の電極が設けられ、電極間の静電容量の変化を検出する入力装置において、
    前記基板が、少なくとも第1の領域と第2の領域に区画されており、
    前記第1の領域において、静電容量が変化した操作箇所が移動したことを検知したときには、前記操作箇所の移動検出信号に基づいて相対座標出力を生成し、前記第2の領域において、前記操作箇所が検出され、または前記操作箇所が移動したことを検知したときには、前記操作箇所の検出信号に基づいて絶対座標出力を生成するデータ処理部が設けられていることを特徴とする入力装置。
  2. 前記相対座標出力は、前記操作箇所が移動していることおよびその移動方向を示す信号であり、前記絶対座標出力は、前記操作箇所のX−Y座標上の位置を示す信号である請求項1記載の入力装置。
  3. 前記相対座標出力は、前記操作箇所の移動量を累積することで、前記操作箇所の移動距離を示す信号である請求項2記載の入力装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載の入力装置と、表示パネルと、前記入力装置から与えられる相対座標出力および絶対座標出力を処理して、前記表示パネルの表示内容を制御する中央制御処理部とが設けられていることを特徴とする電子機器。
  5. 前記中央制御処理部に前記相対座標出力が与えられたときに、前記表示パネルの画面に表示されている指示表示が、画面上のいずれかの位置を基準として前記操作箇所の移動方向に向けて移動させられる請求項4記載の電子機器。
  6. 前記中央制御処理部に前記絶対座標出力が与えられたときに、前記表示パネルの画面の表示が、前記操作箇所の移動座標に対応して画面上においてX−Y座標上で移動させられる請求項4記載の電子機器。
  7. 前記中央制御処理部では、前記絶対座標出力が与えられたときに、前記操作箇所のX−Y座標上の位置に応じたスイッチ入力と認識する請求項4または5記載の電子機器。
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