JP2016126522A - Input device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin and compact input device configured to detect pressing force and pressing direction of an operator properly.SOLUTION: An input device includes: an input section with an input convex surface formed on a substrate, to receive an input in accordance with motion of a finger of an operator with respect to the input convex surface; and a determination section which determines the finger motion, on the basis of an output signal from the input section. The input convex surface protrudes upward from the substrate in a curved shape. The input section detects capacitance to be changed in accordance with the finger motion.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、パソコンやタブレット端末などのためのキーボードに用いる入力機器に関する。   The present invention relates to an input device used for a keyboard for a personal computer or a tablet terminal.

特許文献1は、キーボード入力部と、指の接触位置を検出するタッチパッドと、操作突起の押圧に応じて変化する歪みセンサからの出力に基づいて移動方向と移動距離を示す信号を生成するスティックポインタとを備えた入力処理装置を開示している。   Patent Document 1 discloses a stick that generates a signal indicating a moving direction and a moving distance based on an output from a keyboard input unit, a touch pad that detects a contact position of a finger, and a strain sensor that changes in response to pressing of an operation protrusion. An input processing apparatus including a pointer is disclosed.

近年、ノートブックPCの薄型化の要望にともなって、これに用いるキーボードも薄型化が求められている。また、タブレット端末の薄型化や小型化等に合わせて、これに用いるキーボードの薄型化や小型化が求められている。このような要望に応えてキーボードの薄型化や小型を図るため、特許文献1に記載の入力処理装置のようにスティックポインタその他のポインティングデバイスを搭載したキーボードにおいては、ポインティングデバイスについても薄型化や小型化が求められている。   In recent years, along with the demand for thinner notebook PCs, keyboards used therefor are also required to be thinner. Further, along with the thinning and miniaturization of tablet terminals, there is a demand for thinning and miniaturization of keyboards used therefor. In order to reduce the thickness and size of the keyboard in response to such a demand, in a keyboard equipped with a stick pointer or other pointing device such as the input processing device described in Patent Document 1, the pointing device is also reduced in thickness and size. Is required.

特許5358392号公報Japanese Patent No. 5358392

しかしながら、薄型化のために従来のスティックポインタの操作突起を突出量の少ない平坦な形状に変更した場合、操作突起に歪みが生じにくくなるため操作性が低下し、これにより操作者による押圧力及びその方向を正確に検出することが難しくなるという問題がある。   However, when the operation protrusion of the conventional stick pointer is changed to a flat shape with a small amount of protrusion to reduce the thickness, the operation protrusion is less likely to be distorted, thereby reducing the operability. There is a problem that it is difficult to accurately detect the direction.

これに対して、歪みセンサに代えて静電容量センサを用いた場合には、歪みセンサによる圧力分布に代わって、静電容量分布を得ることはできる。しかし、薄型化と小型化のために、ポインティングデバイスの専有面積を広げずに平坦な形状とした場合、操作者による押圧の位置や方向を判別することが難しいことから、操作者が意図する移動方向の検出は困難である。   On the other hand, when a capacitance sensor is used instead of the strain sensor, a capacitance distribution can be obtained instead of the pressure distribution by the strain sensor. However, if the pointing device is flattened without expanding the area occupied by the thinning and downsizing, it is difficult to determine the position and direction of the pressing by the operator. Direction detection is difficult.

そこで本発明は、薄型化と小型化を実現することができ、かつ、操作者による押圧力及び押圧方向を正確に検出することができる入力機器を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an input device that can realize a reduction in thickness and size and can accurately detect a pressing force and a pressing direction by an operator.

上記課題を解決するために、本発明の入力機器は、基板上に入力凸面を備え、入力凸面に対する操作者の指の動作に応じた入力を受け付ける入力部と、入力部からの出力信号に基づき、指の動作を判断する判断部と、を有する入力機器であって、入力凸面は、基板から上方へ曲面状に突出するように設けられ、入力部は、指の動作に応じて変化する静電容量を検出することを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, an input device according to the present invention includes an input convex surface on a substrate, an input unit that receives an input corresponding to an operation of an operator's finger with respect to the input convex surface, and an output signal from the input unit. An input device having a determination unit for determining a finger movement, wherein the input convex surface is provided so as to protrude upward in a curved shape from the substrate, and the input unit is a static unit that changes according to the finger movement. It is characterized by detecting electric capacity.

曲面状に突出する入力凸面に対する指の動作を静電容量によって検出するため、薄型化と小型化を実現しつつ、正確な検出を行うことが可能となる。   Since the movement of the finger with respect to the input convex surface projecting in a curved surface is detected by the capacitance, it is possible to perform accurate detection while realizing a reduction in thickness and size.

本発明の入力機器において、静電容量を検出するための検出電極が基板上に設けられ、検出電極を覆うように入力凸面が配置されていることが好ましい。   In the input device of the present invention, it is preferable that a detection electrode for detecting capacitance is provided on the substrate, and the input convex surface is disposed so as to cover the detection electrode.

静電容量の検出を平面状の検出電極で行い、指の動作を曲面状の入力凸面に対して行うことにより、小さな専有面積の中で正確な検出が行うことができる。   Capacitance is detected with a planar detection electrode, and a finger is moved on a curved input convex surface, whereby accurate detection can be performed within a small exclusive area.

本発明の入力機器において、入力凸面は、頂部から周縁部に至る斜面を有し、検出電極は、斜面を構成する複数の分割領域に対応する複数の電極に分割されていることが好ましい。   In the input device of the present invention, it is preferable that the input convex surface has a slope extending from the top to the peripheral edge, and the detection electrode is divided into a plurality of electrodes corresponding to a plurality of divided regions constituting the slope.

これにより、指の移動方向が判別しやすくなるため、正確な検出を行うことが可能となる。   This makes it easy to determine the direction of finger movement, so that accurate detection can be performed.

本発明の入力機器において、入力凸面の頂部は、操作者から見て手前側に設けられていることが好ましい。   In the input device of the present invention, it is preferable that the top of the input convex surface is provided on the front side as viewed from the operator.

指や手の構造により、入力凸面の手前側斜面に指を接触させた場合と、奥側斜面に指を接触させた場合とで検出される静電容量が同等にならない場合がある。これに対して、頂部を手前側に設けた曲面形状にすることによって、奥行き方向における静電容量の検出データを均等にすることができ、これによりさらに正確に指の動作を検出することができるようになる。   Depending on the structure of the finger or hand, the detected capacitance may not be equal when the finger is brought into contact with the front slope of the input convex surface and when the finger is brought into contact with the back slope. On the other hand, by making the top part a curved surface provided on the front side, the capacitance detection data in the depth direction can be made uniform, thereby detecting the finger movement more accurately. It becomes like this.

本発明の入力機器において、基板において、頂部に対応する位置には検出電極が設けられていないことが好ましい。   In the input device of the present invention, it is preferable that no detection electrode is provided at a position corresponding to the top of the substrate.

これにより、頂部を挟んだ検出電極間の離間距離が広がるため、入力凸面の斜面のどの領域からどの領域に指が移動したのかが判別しやすくなることから、判断部による判断の精度を高めることができる。   This increases the separation distance between the detection electrodes across the top, making it easier to determine from which area on the slope of the input convex surface to which area. Can do.

本発明の入力機器において、判断部は、指が斜面の分割領域のいずれに接触又は接近したかを判断することが好ましい。   In the input device of the present invention, it is preferable that the determination unit determines which of the divided areas of the inclined surface is in contact with or close to the finger.

これにより、指の移動方向が判別しやすくなるため、正確な検出を行うことが可能となる。   This makes it easy to determine the direction of finger movement, so that accurate detection can be performed.

本発明の入力機器において、検出電極は、指の腹に対応する面積を有することが好ましい。
これにより、小さな面積で指先の動きを正確に検出することが可能となる。
In the input device of the present invention, the detection electrode preferably has an area corresponding to the belly of the finger.
Thereby, it is possible to accurately detect the movement of the fingertip with a small area.

本発明によると、薄型化と小型化を実現するとともに、操作者による押圧力及び押圧方向を正確に検出することができる入力機器を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while realizing thickness reduction and size reduction, the input device which can detect correctly the pressing force and pressing direction by an operator can be provided.

(A)は実施形態における基板の構成を示す側面図、(B)は実施形態において検出電極が形成された基板の構成を示す側面図、(C)は実施形態における入力機器の構成を示す側面図である。(A) is a side view showing the configuration of the substrate in the embodiment, (B) is a side view showing the configuration of the substrate on which the detection electrode is formed in the embodiment, and (C) is a side view showing the configuration of the input device in the embodiment. FIG. (A)は実施形態における基板の構成を示す平面図、(B)は実施形態において検出電極が形成された基板の構成を示す平面図、(C)は実施形態における入力機器の構成を示す平面図である。(A) is a plan view showing the configuration of the substrate in the embodiment, (B) is a plan view showing the configuration of the substrate on which the detection electrode is formed in the embodiment, and (C) is a plane showing the configuration of the input device in the embodiment. FIG. 実施形態にかかる入力機器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the input device concerning embodiment. (A)は実施形態の入力機器の入力凸面の奥側斜面に操作者の指が接触した状態を示す側面図、(B)は実施形態の入力機器の入力凸面の手前側斜面に操作者の指が接触した状態を示す側面図である。(A) is a side view showing a state in which the operator's finger is in contact with the back side slope of the input convex surface of the input device of the embodiment, and (B) is the operator's side slope on the near side of the input convex surface of the input device of the embodiment. It is a side view which shows the state which the finger contacted. (A)は変形例における入力機器の構成を示す側面図、(B)は図5(A)の平面図である。(A) is a side view which shows the structure of the input device in a modification, (B) is a top view of FIG. 5 (A). 頂部の位置をY2方向にオフセットした量と検出感度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the quantity which offset the position of the top part in the Y2 direction, and detection sensitivity. (A)は図6のオフセット量Aに対応する入力機器の側面図、(B)は図6のオフセット量Bに対応する入力機器の側面図、(C)は図6のオフセット量Cに対応する入力機器の側面図である。(A) is a side view of the input device corresponding to the offset amount A in FIG. 6, (B) is a side view of the input device corresponding to the offset amount B in FIG. 6, and (C) corresponds to the offset amount C in FIG. It is a side view of an input device.

以下、本発明の実施形態に係る入力機器について図面を参照しつつ詳しく説明する。   Hereinafter, an input device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

各図には、基準座標としてX−Y−Z座標が示されている。Z方向は、入力機器としてのポインティングデバイス10の高さ方向に沿っており、X−Y面はZ方向に直交する面である。以下の説明において、Z1−Z2方向から見た状態を平面視といい、Z1方向を上方向、Z2方向を下方向ということがある。   In each figure, XYZ coordinates are shown as reference coordinates. The Z direction is along the height direction of the pointing device 10 as an input device, and the XY plane is a plane orthogonal to the Z direction. In the following description, a state viewed from the Z1-Z2 direction is referred to as a plan view, the Z1 direction may be referred to as an upward direction, and the Z2 direction may be referred to as a downward direction.

図1(A)は本実施形態における基板20の構成を示す側面図、図1(B)は検出電極30が形成された基板20の構成を示す側面図、図1(C)はポインティングデバイス10の構成を示す側面図である。図2(A)は基板20の構成を示す平面図、図2(B)は検出電極30が形成された基板20の構成を示す平面図、図2(C)はポインティングデバイス10の構成を示す平面図である。図3は、ポインティングデバイス10の構成を示すブロック図である。図4(A)はは入力凸面40の奥側斜面43に操作者の指Fが接触した状態を示す側面図、図4(B)は入力凸面40の手前側斜面44に操作者の指Fが接触した状態を示す側面図である。   1A is a side view showing the configuration of the substrate 20 in this embodiment, FIG. 1B is a side view showing the configuration of the substrate 20 on which the detection electrode 30 is formed, and FIG. 1C is a pointing device 10. It is a side view which shows the structure of. 2A is a plan view showing the configuration of the substrate 20, FIG. 2B is a plan view showing the configuration of the substrate 20 on which the detection electrode 30 is formed, and FIG. 2C shows the configuration of the pointing device 10. It is a top view. FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the pointing device 10. 4A is a side view showing a state in which the operator's finger F is in contact with the back side slope 43 of the input convex surface 40, and FIG. 4B is a diagram showing the operator's finger F on the front side slope 44 of the input convex surface 40. It is a side view which shows the state which contacted.

ポインティングデバイス10は、パソコンやタブレット端末などのためのキーボードに用いる入力機器であって、図1と図2に示すように、基板20上に検出電極30を形成し、さらに、検出電極30を覆うように入力凸面40を配置した構成を備える。   The pointing device 10 is an input device used as a keyboard for a personal computer, a tablet terminal, or the like. As shown in FIGS. 1 and 2, a detection electrode 30 is formed on the substrate 20 and further covers the detection electrode 30. The input convex surface 40 is arranged as described above.

基板20は、非導電性材料、例えばガラス又はプラスチックで平面視円形状に形成される(図2)。   The substrate 20 is formed of a non-conductive material such as glass or plastic in a circular shape in plan view (FIG. 2).

検出電極30は、導電性材料で形成され、例えば銅箔のエッチング、ITO(酸化インジウム・スズ)のスパッタリングによって所定のパターンに形成される。図2(B)に示すように、検出電極30は、円形の基板20の中心20cに関して等角度ごとに、第1検出電極31、第2検出電極32、第3検出電極33、及び第4検出電極34を有する。これらの4つの検出電極31〜34は互いに絶縁されている。検出電極30は、基板20の中心20cを円の中心とする所定の直径の円形部分21には形成されておらず、4つの検出電極31〜34の平面形状は輪帯状となっている。   The detection electrode 30 is formed of a conductive material, and is formed in a predetermined pattern by, for example, etching of copper foil or sputtering of ITO (indium tin oxide). As shown in FIG. 2B, the detection electrode 30 has a first detection electrode 31, a second detection electrode 32, a third detection electrode 33, and a fourth detection electrode at equal angles with respect to the center 20c of the circular substrate 20. An electrode 34 is provided. These four detection electrodes 31 to 34 are insulated from each other. The detection electrode 30 is not formed on the circular portion 21 having a predetermined diameter with the center 20c of the substrate 20 as the center of the circle, and the planar shape of the four detection electrodes 31 to 34 is a ring-shaped.

検出電極30は、XY平面において、操作者の指の腹の範囲に対応する面積となるように形成されている。ここで、指とは、入力凸面40を操作することが想定される、大人の人差し指、中指、 又は親指である。指の腹とは、図4に示す、指の先端Tから遠位指節間関節Dまでの範囲の内側部分Bである。検出電極30の大きさは、指の腹と同等又はそれ以下であることが好ましく、例えば、平面視で直径8.5〜10mmであるとよい。これにより、操作者の指を大きく動かさずにポインティングデバイス10を操作できるため、周りに配置したキーに対する誤操作を防ぎつつ、小さな面積で構成することができる。   The detection electrode 30 is formed to have an area corresponding to the belly range of the operator's finger on the XY plane. Here, the finger is an adult index finger, middle finger, or thumb assumed to operate the input convex surface 40. The abdomen of the finger is an inner portion B in a range from the tip T of the finger to the distal interphalangeal joint D shown in FIG. The size of the detection electrode 30 is preferably equal to or smaller than the belly of the finger, and may be 8.5 to 10 mm in diameter in plan view, for example. Accordingly, since the pointing device 10 can be operated without largely moving the operator's finger, it is possible to configure with a small area while preventing an erroneous operation with respect to keys arranged around.

4つの検出電極31〜34においては、接地部(GND)との間の静電容量の変化を検出する。より具体的には、検出電極31〜34のいずれにも指が接近していないときは、各検出電極と接地部の間の寄生容量に応じて、各検出電極に電流が流れる。ここで、いずれかの検出電極に指が接近すると、指が接近した検出電極と指との間が容量結合されるため、その分だけ静電容量(自己容量)が増大し、これにより電圧印加時に検出電極に流れる電流も増大する。このため、指が接近した検出電極からの出力信号と、それ以外の検出電極からの出力信号とに基づいて、指の位置を特定することができ、4つの検出電極31〜34を用いて連続的に測定することによって操作者の指の動きを検出することができる。   In the four detection electrodes 31 to 34, a change in electrostatic capacitance with the ground portion (GND) is detected. More specifically, when a finger is not approaching any of the detection electrodes 31 to 34, a current flows through each detection electrode according to the parasitic capacitance between each detection electrode and the grounding portion. Here, when a finger approaches one of the detection electrodes, the capacitance between the detection electrode and the finger that the finger has approached is capacitively coupled, so the capacitance (self-capacitance) increases accordingly, and voltage is applied accordingly. Sometimes the current flowing through the detection electrode also increases. For this reason, the position of the finger can be specified based on the output signal from the detection electrode approached by the finger and the output signal from the other detection electrodes, and the four detection electrodes 31 to 34 are continuously used. It is possible to detect the movement of the operator's finger by performing the measurement.

一方、検出電極30と基板20との間に駆動電極を形成した構成も可能である。この場合、駆動電極に電圧を印加すると、4つの検出電極31〜34のそれぞれと駆動電極との間に電位差が発生し、各検出電極と駆動電極の間の静電容量(相互容量)に応じて、各検出電極に電流が流れる。ここで、いずれかの検出電極に指が接近すると、指と、検出電極の間も容量結合されるため、その分だけ検出電極と駆動電極の間の静電容量が減少し、これにより電圧印加時に検出電極に流れる電流も減少する。このため、指が接近した検出電極からの出力信号と、それ以外の検出電極からの出力信号とに基づいて、指の位置を特定することができ、指の位置を連続的に測定することによって操作者の指の動きを検出することができる。   On the other hand, a configuration in which a drive electrode is formed between the detection electrode 30 and the substrate 20 is also possible. In this case, when a voltage is applied to the drive electrode, a potential difference is generated between each of the four detection electrodes 31 to 34 and the drive electrode, depending on the capacitance (mutual capacitance) between each detection electrode and the drive electrode. Thus, a current flows through each detection electrode. Here, when a finger approaches one of the detection electrodes, the finger and the detection electrode are also capacitively coupled, so that the capacitance between the detection electrode and the drive electrode is reduced by that amount, thereby applying a voltage. Sometimes the current flowing through the sensing electrode also decreases. For this reason, the position of the finger can be specified based on the output signal from the detection electrode approached by the finger and the output signal from the other detection electrodes, and by continuously measuring the position of the finger The movement of the operator's finger can be detected.

入力凸面40は、非導電性材料、例えば合成樹脂の成形により、検出電極30を覆うように、基板20から上方へ、すなわちZ1方向へ曲面状に突出するように形成される。図1(C)に示すように、入力凸面40は、XY平面において基板20の中心20cに対応する位置が頂部41となり、頂部41から周縁部42に至る斜面からなる半球状の形状を備える。上述のように基板20において中心20cを中心とする円形部分21には検出電極が形成されていないため、頂部41に対応する位置には検出電極が形成されていないこととなる。また、図2(C)に示すように、入力凸面40の斜面は、4つの検出電極31〜34にそれぞれ対応するように、頂部41について等角度に分割された4つの分割領域40a、40b、40c、40d(分割領域)を有する。本実施形態では、入力凸面40の平面形状を、基板20と同一直径の円形状としているが、検出電極30を覆う形状であれば、入力凸面40の平面形状は基板20の直径より小さくてもよいし、楕円形状であってもよい。   The input convex surface 40 is formed so as to protrude upward from the substrate 20, that is, in the Z1 direction, in a curved shape so as to cover the detection electrode 30 by molding a non-conductive material, for example, a synthetic resin. As shown in FIG. 1C, the input convex surface 40 has a hemispherical shape including a top 41 at a position corresponding to the center 20 c of the substrate 20 in the XY plane and a slope extending from the top 41 to the peripheral edge 42. As described above, since no detection electrode is formed on the circular portion 21 centering on the center 20 c in the substrate 20, no detection electrode is formed at a position corresponding to the top portion 41. As shown in FIG. 2C, the slope of the input convex surface 40 is divided into four divided regions 40a, 40b, which are divided at an equal angle with respect to the top 41 so as to correspond to the four detection electrodes 31 to 34, respectively. 40c and 40d (divided areas). In the present embodiment, the planar shape of the input convex surface 40 is a circular shape having the same diameter as that of the substrate 20. However, as long as the planar shape of the input convex surface 40 is smaller than the diameter of the substrate 20 as long as the shape covers the detection electrode 30. It may be oval.

操作者の指が、入力凸面40の斜面のいずれかの分割領域に接触又は接近すると、接触した領域の下方に位置する検出電極に指が接近することになるため、その検出電極について静電容量が増大する。また、入力凸面40上において複数の分割領域間で指を動かすと、移動に応じて、分割領域に対応する複数の検出電極において静電容量が増減する。   When the operator's finger touches or approaches any divided area of the slope of the input convex surface 40, the finger approaches the detection electrode located below the contacted area. Will increase. Further, when the finger is moved between the plurality of divided regions on the input convex surface 40, the capacitance increases or decreases in the plurality of detection electrodes corresponding to the divided regions according to the movement.

図3に示すように、4つの検出電極31〜34は静電容量算出部51に接続されている。静電容量算出部51は、4つの検出電極31〜34から出力された検出信号に基づいて、それぞれの検出電極について静電容量を算出する演算回路であり、算出結果を判断部52へ出力する。ここで、検出電極30、入力凸面40、及び静電容量算出部51は、入力凸面40に対する指の動作に応じた入力を受け付ける入力部として機能する。   As shown in FIG. 3, the four detection electrodes 31 to 34 are connected to the capacitance calculation unit 51. The capacitance calculation unit 51 is an arithmetic circuit that calculates the capacitance for each detection electrode based on the detection signals output from the four detection electrodes 31 to 34, and outputs the calculation result to the determination unit 52. . Here, the detection electrode 30, the input convex surface 40, and the electrostatic capacity calculation unit 51 function as an input unit that receives an input corresponding to a finger operation on the input convex surface 40.

判断部52は、静電容量算出部51による算出結果に基づいて、指の位置及び動作を判断する。判断部52は、静電容量が増大した検出電極に対応する位置に指があると判断し、複数の検出電極において静電容量が増減した場合には、静電容量が減少した検出電極に対応する位置から静電容量が増大した検出電極に対応する位置へ指が移動したものと判断する。このとき、判断部52は、指の移動方向に対応する方向に、パソコン等の画面上のカーソル(ポインタ)を移動させるポインティング動作の指示信号をパソコン等へ出力する。   The determination unit 52 determines the position and movement of the finger based on the calculation result by the capacitance calculation unit 51. The determination unit 52 determines that there is a finger at a position corresponding to the detection electrode whose capacitance has increased, and corresponds to the detection electrode whose capacitance has decreased when the capacitance increases or decreases in a plurality of detection electrodes. It is determined that the finger has moved from the position to the position corresponding to the detection electrode whose capacitance has increased. At this time, the determination unit 52 outputs a pointing operation instruction signal for moving a cursor (pointer) on the screen of a personal computer or the like in a direction corresponding to the moving direction of the finger.

また、判断部52は、指の位置が、所定時間以上(例えば0.5秒以上)にわたって一定の位置にとどまっているときは、操作者が入力凸面40の斜面の分割領域の1つを押圧し続けていると判断し、頂部41から上記領域へ向かう方向にパソコン等の画面上のカーソルを移動させる指示信号を出力する。   In addition, when the position of the finger remains at a certain position for a predetermined time or longer (for example, 0.5 seconds or longer), the determination unit 52 presses one of the divided areas of the slope of the input convex surface 40. It is determined that the operation is continued, and an instruction signal for moving the cursor on the screen of the personal computer or the like in the direction from the top 41 toward the region is output.

操作者の指の動作に対応したカーソル移動量の算出は、より具体的には次のように行う。第1検出電極31の検出信号に基づいて静電容量算出部51で算出された静電容量をa、同様に第2検出電極32の検出信号に基づいて算出された静電容量をb、第3検出電極33の検出信号に基づいて算出された静電容量をc、第4検出電極34の検出信号に基づいて算出された静電容量をdとしたとき、奥行き方向(Y1−Y2方向)の移動量は次式(1)によって算出し、左右方向(X1−X2方向)の移動量は次式(2)によって算出する。   More specifically, the calculation of the cursor movement amount corresponding to the operation of the operator's finger is performed as follows. The capacitance calculated by the capacitance calculation unit 51 based on the detection signal of the first detection electrode 31 is a, the capacitance calculated based on the detection signal of the second detection electrode 32 is b, Depth direction (Y1-Y2 direction), where c is the capacitance calculated based on the detection signal of the third detection electrode 33 and d is the capacitance calculated based on the detection signal of the fourth detection electrode 34 Is calculated by the following equation (1), and the moving amount in the left-right direction (X1-X2 direction) is calculated by the following equation (2).

((a+b)−(c+d))/(a+b+c+d) (1)
((a+d)−(b+c))/(a+b+c+d) (2)
((A + b)-(c + d)) / (a + b + c + d) (1)
((A + d)-(b + c)) / (a + b + c + d) (2)

ここで、上式(1)、(2)による移動量の算出は、分母の(a+b+c+d)が閾値より大きいときに行うことが好ましい。これにより、正確な移動量を算出することができ、この移動量に基づいた正確なポインティング動作を行わせることが可能となる。上記閾値は、ポインティングデバイス10の形状、材質、ユーザーが所望する感度等に応じて設定する。   Here, the calculation of the movement amount by the above formulas (1) and (2) is preferably performed when (a + b + c + d) of the denominator is larger than the threshold value. As a result, an accurate movement amount can be calculated, and an accurate pointing operation based on this movement amount can be performed. The threshold value is set according to the shape and material of the pointing device 10 and the sensitivity desired by the user.

パソコン等においては、判断部52において上式(1)又は(2)を用いて算出された、奥行き方向と左右方向の移動量に基づいて、画面上のカーソルの移動量(Δx、Δy)を算出し、この算出結果に応じてカーソルを移動させる。   In a personal computer or the like, the movement amount (Δx, Δy) of the cursor on the screen is calculated based on the movement amount in the depth direction and the left-right direction calculated by the determination unit 52 using the above formula (1) or (2). The cursor is moved according to the calculation result.

図5(A)は変形例におけるポインティングデバイス110の構成を示す側面図、図5(B)は図5(A)の平面図である。図1と図2に示すポインティングデバイス10においては、XY平面において基板20の中心20cに対応する位置に入力凸面40の頂部41を配置していたが、これに代えて、図5(A)、(B)に示すように、操作者から見て手前側、すなわち基板20の中心20cよりもY2側の所定範囲に頂部を配置するとさらに好ましい。図5(A)、(B)に示すポインティングデバイス110においては、図1と図2に示すポインティングデバイス10と同様に基板20上に検出電極30を形成した後に、検出電極30を覆い、かつ、操作者から見て手前側に頂部141を配置した入力凸部140が形成されている。この入力凸面140は、図1と図2に示す入力凸面40と同様に、非導電性材料の成形により、基板20から上方へ突出するように形成される。図5(A)、(B)に示すように、入力凸面140は、XY平面において基板20の中心20cよりもY2側であって、検出電極30が設けられている位置20dに対応する位置が頂部141となり、頂部141から周縁部142に至る斜面からなる曲面状の形状を備える。   FIG. 5A is a side view showing the configuration of the pointing device 110 in the modification, and FIG. 5B is a plan view of FIG. 5A. In the pointing device 10 shown in FIGS. 1 and 2, the top portion 41 of the input convex surface 40 is disposed at a position corresponding to the center 20c of the substrate 20 in the XY plane, but instead of this, FIG. As shown in (B), it is more preferable that the top portion is disposed in a predetermined range on the near side as viewed from the operator, that is, on the Y2 side from the center 20c of the substrate 20. In the pointing device 110 shown in FIGS. 5A and 5B, after the detection electrode 30 is formed on the substrate 20 in the same manner as the pointing device 10 shown in FIGS. 1 and 2, the detection electrode 30 is covered, and The input convex part 140 which has arrange | positioned the top part 141 in the near side seeing from the operator is formed. Similar to the input convex surface 40 shown in FIGS. 1 and 2, the input convex surface 140 is formed to protrude upward from the substrate 20 by molding a non-conductive material. As shown in FIGS. 5A and 5B, the input convex surface 140 is on the Y2 side of the center 20c of the substrate 20 in the XY plane, and a position corresponding to the position 20d where the detection electrode 30 is provided. It becomes the top part 141, and has a curved surface shape including a slope extending from the top part 141 to the peripheral part 142.

図6は、入力凸面の頂部の位置をY2方向にオフセットした量と検出電極における検出の感度の関係を示すグラフである。図7(A)は図6のオフセット量Aに対応するポインティングデバイス10の側面図、(B)は図6のオフセット量Bに対応するポインティングデバイス110の側面図、(C)は図6のオフセット量Cに対応するポインティングデバイス210の側面図である。図6の横軸はオフセット量であって、「A」は図1、図2、及び図7(A)に示すポインティングデバイス10を用いた場合を示し、「B」は図5及び図7(B)に示すポインティングデバイス110を用いた場合を示し、「C」は図7(C)に示すポインティングデバイス210を用いた場合を示している。図7(C)に示す入力凸面240においては、図7(B)に示す入力凸面140よりも、さらに操作者の手前側にずらした位置に配置した頂部241を有する。この頂部241は、図7(C)に示すように、検出電極30が設けられていない位置20eに対応する位置に配置されている。図6においては、入力凸面の奥側(Y1側)の斜面に指が接触した場合を破線と白抜きの丸印で示し、手前側(Y2側)の斜面に指が接触した場合を実線と黒の丸印で示している。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of offset of the top position of the input convex surface in the Y2 direction and the detection sensitivity of the detection electrode. 7A is a side view of the pointing device 10 corresponding to the offset amount A in FIG. 6, FIG. 7B is a side view of the pointing device 110 corresponding to the offset amount B in FIG. 6, and FIG. 7C is the offset in FIG. 4 is a side view of a pointing device 210 corresponding to a quantity C. FIG. The horizontal axis of FIG. 6 is the offset amount, “A” indicates the case where the pointing device 10 shown in FIGS. 1, 2, and 7A is used, and “B” indicates FIGS. A case where the pointing device 110 shown in FIG. 7B is used is shown, and “C” shows a case where the pointing device 210 shown in FIG. The input convex surface 240 shown in FIG. 7C has a top portion 241 arranged at a position shifted further toward the operator than the input convex surface 140 shown in FIG. 7B. As shown in FIG. 7C, the top portion 241 is disposed at a position corresponding to the position 20e where the detection electrode 30 is not provided. In FIG. 6, the case where the finger touches the slope on the back side (Y1 side) of the input convex surface is indicated by a broken line and a white circle, and the case where the finger touches the slope on the front side (Y2 side) is indicated by a solid line Shown in black circles.

図6に示すように、図7(A)に示すポインティングデバイス10を用いた場合(図6のオフセット量A)では、手前側の斜面よりも奥側の斜面に指が接触した場合の方が感度が低くなり、図7(C)に示すポインティングデバイス210を用いた場合(図6のオフセット量C)では、手前側の斜面よりも奥側の斜面に指が接触した場合の方が感度が高くなっている。これらに対して、図7(B)に示す入力凸面140を用いた場合(図6のオフセット量B)では、手前側の斜面と奥側の斜面における検出感度がほぼ同一になっている。この結果より、入力凸面の頂部の位置によっては、操作者が同じ 操作量で指を入力凸面に接触させても、指や手の構造や入力凸面に対する手の位置等により、入力凸面の手前側斜面に指を接触させた場合と、奥側斜面に指を接触させた場合とで検出される静電容量が同等にならないことが分かる。さらに、図6のオフセット量Bのように、頂部の位置を調整することによって、静電容量をバランスよく検知することが可能となる。   As shown in FIG. 6, when the pointing device 10 shown in FIG. 7A is used (offset amount A in FIG. 6), the finger touches the slope on the back side rather than the slope on the near side. When the pointing device 210 shown in FIG. 7C is used (offset amount C in FIG. 6), the sensitivity is lower when the finger touches the slope on the back side than the slope on the near side. It is high. On the other hand, when the input convex surface 140 shown in FIG. 7B is used (offset amount B in FIG. 6), the detection sensitivities on the front side slope and the back side slope are substantially the same. From this result, depending on the position of the top of the input convex surface, even if the operator touches the input convex surface with the same amount of operation, the front side of the input convex surface depends on the structure of the finger or hand, the position of the hand with respect to the input convex surface, etc. It can be seen that the detected capacitance is not the same when the finger is brought into contact with the slope and when the finger is brought into contact with the back slope. Further, by adjusting the position of the top as shown by the offset amount B in FIG. 6, it is possible to detect the capacitance in a balanced manner.

以上のように構成されたことから、上記実施形態及び変形例によれば、次の効果を奏する。   With the configuration as described above, the following effects can be obtained according to the embodiment and the modification.

(1)曲面状に突出する入力凸面40に対する指の動作を静電容量によって検出するため、入力凸面40の位置によって検出電極との距離が変化することから、操作者がパソコン等の画面上でカーソルを移動させたい方向に対応する斜面に指を触れることにより、その斜面に対応する位置の検出電極の静電容量が増大し、ほかの位置の検出電極の静電容量は減少する。このため、小型化と薄型化を実現するだけでなく、指の動作を正確に検出できることから、操作者の意思に即したカーソル移動を実現することができる。 (1) Since the operation of the finger with respect to the input convex surface 40 projecting in a curved surface is detected by electrostatic capacity, the distance from the detection electrode changes depending on the position of the input convex surface 40. When a finger touches the slope corresponding to the direction in which the cursor is to be moved, the capacitance of the detection electrode at the position corresponding to the slope increases, and the capacitance of the detection electrode at another position decreases. For this reason, not only miniaturization and thinning are realized, but also the movement of the cursor in accordance with the intention of the operator can be realized because the movement of the finger can be accurately detected.

これに対して、単に薄型化して平坦な形状としたポインティングデバイスや、指の腹の形状に合わせて凹面形状としたポインティングデバイスでは、その表面の全面に常に指が接触してしまうため、指を傾けたりしても検出される静電容量に変化が生じないことから、操作者が希望する方向を検出することができない。   On the other hand, with a pointing device that is simply thin and flat, or a pointing device that is concave according to the shape of the belly of the finger, the finger always contacts the entire surface. Since the detected capacitance does not change even if it is tilted, the direction desired by the operator cannot be detected.

(2)検出電極30が基板20上に設けられ、検出電極30を覆うように曲面状の入力凸面40が配置されているため、小さな専有面積の中で指の移動空間を確保できることから、正確な検出が行うことができる。 (2) Since the detection electrode 30 is provided on the substrate 20 and the curved input convex surface 40 is disposed so as to cover the detection electrode 30, it is possible to secure a finger movement space within a small exclusive area. Detection can be performed.

(3)検出電極30が、入力凸面40が有する4つの分割領域40a〜40dにそれぞれ対応する4つの検出電極31〜34に分割されているため、指の移動方向が判別しやすくなることから、正確な検出を行うことが可能となる。 (3) Since the detection electrode 30 is divided into four detection electrodes 31 to 34 respectively corresponding to the four divided regions 40a to 40d of the input convex surface 40, it is easy to determine the moving direction of the finger. Accurate detection can be performed.

(4)基板20において、頂部41に対応する円形部分21に検出電極が設けられていないため、頂部41を挟んだ検出電極間の離間距離が広がるため、入力凸面40の斜面のどの領域からどの領域に指が移動したのかが判別しやすくなることから、判断部52による判断の精度を高めることができる。 (4) Since no detection electrode is provided on the circular portion 21 corresponding to the top portion 41 of the substrate 20, the separation distance between the detection electrodes across the top portion 41 is widened, so from which region of the slope of the input convex surface 40 Since it becomes easy to determine whether the finger has moved to the area, the accuracy of determination by the determination unit 52 can be increased.

(5)検出電極30が、操作者の指の腹に対応する面積を有することにより、小さな面積で指先の動きを正確に検出することが可能となる。 (5) Since the detection electrode 30 has an area corresponding to the belly of the operator's finger, it is possible to accurately detect the movement of the fingertip with a small area.

(6)入力凸面の頂部を、操作者から見て手前側であって、所定範囲内に設けることにより、奥行き方向における静電容量の検出データを均等にすることができ、これによりさらに正確に指の動作を検出することができるようになる。 (6) Capacitance detection data in the depth direction can be made uniform by providing the top of the input convex surface in the predetermined range on the front side as viewed from the operator, thereby more accurately. It becomes possible to detect the movement of the finger.

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。   Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be improved or changed within the scope of the purpose of the improvement or the idea of the present invention.

以上のように、本発明に係る入力機器は、薄型化と小型化を実現しつつ、操作者による押圧力及び押圧方向を正確に検出することができる点で有用である。   As described above, the input device according to the present invention is useful in that the pressing force and the pressing direction by the operator can be accurately detected while realizing a reduction in thickness and size.

10 ポインティングデバイス(入力機器)
20 基板
20c 中心
30 検出電極
31 第1検出電極
32 第2検出電極
33 第3検出電極
34 第4検出電極
40 入力凸面
40a、40b、40c、40d 分割領域
41 頂部
42 周縁部
43 奥側斜面
44 手前側斜面
51 静電容量算出部
52 判断部
110 ポインティングデバイス(入力機器)
140 入力凸面
141 頂部
210 ポインティングデバイス(入力機器)
240 入力凸面
241 頂部
10 Pointing device (input device)
20 Substrate 20c Center 30 Detection Electrode 31 First Detection Electrode 32 Second Detection Electrode 33 Third Detection Electrode 34 Fourth Detection Electrode 40 Input Convex Surface 40a, 40b, 40c, 40d Divided Area 41 Top 42 Peripheral 43 Back Side Slope 44 Front Side slope 51 Capacitance calculation unit 52 Judgment unit 110 Pointing device (input device)
140 Input convex surface 141 Top 210 Pointing device (input device)
240 Input convex surface 241 Top

Claims (7)

基板上に入力凸面を備え、前記入力凸面に対する操作者の指の動作に応じた入力を受け付ける入力部と、
前記入力部からの出力信号に基づき、前記指の動作を判断する判断部と、
を有する入力機器であって、
前記入力凸面は、前記基板から上方へ曲面状に突出するように設けられ、
前記入力部は、前記指の動作に応じて変化する静電容量を検出する
ことを特徴とする入力機器。
An input unit comprising an input convex surface on the substrate, and receiving an input according to an operation of an operator's finger with respect to the input convex surface;
A determination unit that determines the movement of the finger based on an output signal from the input unit;
An input device having
The input convex surface is provided so as to protrude in a curved shape upward from the substrate,
The input device, wherein the input unit detects a capacitance that changes in accordance with the movement of the finger.
静電容量を検出するための検出電極が前記基板上に設けられ、
前記検出電極を覆うように前記入力凸面が配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の入力機器。
A detection electrode for detecting capacitance is provided on the substrate,
The input device according to claim 1, wherein the input convex surface is disposed so as to cover the detection electrode.
前記入力凸面は、頂部から周縁部に至る斜面を有し、
前記検出電極は、前記斜面を構成する複数の分割領域に対応する複数の電極に分割されている
ことを特徴とする請求項2に記載の入力機器。
The input convex surface has a slope from the top to the peripheral edge,
The input device according to claim 2, wherein the detection electrode is divided into a plurality of electrodes corresponding to a plurality of divided regions constituting the slope.
前記入力凸面の前記頂部は、前記操作者から見て手前側に設けられている
ことを特徴とする請求項3に記載の入力機器。
The input device according to claim 3, wherein the top portion of the input convex surface is provided on the near side when viewed from the operator.
前記基板において、前記頂部に対応する位置には前記検出電極が設けられていない
ことを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の入力機器。
The input device according to claim 1, wherein the detection electrode is not provided at a position corresponding to the top portion of the substrate.
前記判断部は、前記指が前記斜面の前記分割領域のいずれに接触又は接近したかを判断する
ことを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の入力機器。
The input device according to any one of claims 3 to 5, wherein the determination unit determines which of the divided regions of the inclined surface is in contact with or close to the finger.
前記検出電極は、前記指の腹に対応する面積を有する
ことを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の入力機器。
The input device according to any one of claims 2 to 6, wherein the detection electrode has an area corresponding to the belly of the finger.
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