JP4049703B2 - 入力装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示部が示す入力箇所に指や入力ペンなどの操作体が接近し又は触れた位置を検出する位置入力モードと、表示部が個別に押されたことを検出するキー入力モードとを同一の操作面上で行うことができるようにした入力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話などの入力装置には、押釦式の入力手段が設けられ、電話番号の入力、通話の開始や終了などの各種操作が可能とされている。
【0003】
また最近では携帯電話を利用したインターネット接続環境が増える傾向にあり、携帯電話で様々なサービスの提供が行われるようになってきている。これによって、携帯電話のディスプレイには様々なメニューが表示されるようになり、メニューの選択操作が頻繁に行われるようになっている。
【0004】
従来の入力装置でメニューの選択を行う場合には、携帯電話に設けられた前記押釦式の入力手段とは別に方向を示す押圧式やスティック式の入力手段が設けられて、メニューの選択可能な位置が移動させられる。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−123363号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の入力装置では、押釦式の入力操作とメニュー選択の入力操作とが異なる入力手段によるものであるため操作性が損われる問題があった。また従来の入力装置ではメニューを移動させる方向は上下方向や左右方向に制限されるため、迅速なメニュー選択を行うことが困難であった。 本発明は、上記課題を解決するものであり、操作性を損うことなく、所定の入力箇所を押すキー入力モードと、メニュー選択などのカーソル移動操作などを行う位置入力モードを同一の操作面上で行うことができるようにした入力装置を提供することを目的とする。
【0007】
また本発明は、操作者にスイッチ操作が行われたことを認識させるクリック感を確実に体感できるようにした入力装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも1つ以上の表示部を備えた表示シートと、前記表示部に対向して設けられた接点電極と、空間部を介して前記接点電極の周囲を覆うとともに前記表示シートが押されたときに前記接点電極に接触させられる反転部材と、操作体が前記表示シートに接近しまたは接触したときに前記反転部材との間に形成される静電容量を検出して、前記操作体の位置を検出する位置検出手段と、が設けられていることを特徴とするものである。
【0009】
本発明の入力装置は、表示シートの下面に設けられたいずれかの反転部材に指や入力ペンなどの操作体を接触または近づけると、反転部材の静電容量が変化するため、位置情報の入力が可能な位置入力モードとすることができる。また表示シートの表面に設けられた表示部を押すと前記反転部材が電極に接触するため、キー入力が可能となる。このように、位置情報の入力とキー入力操作の入力を同一の操作面上で行うことができるため、操作性に優れた入力装置を提供することが可能である。
【0010】
例えば、前記反転部材は、ドーム状のメタルコンタクトスイッチで構成できる。
【0011】
上記手段では、反転部材が適度な押圧反力を有するため、操作の度に歯切れの良いクリック感を操作者に与えることができる。よって、操作者にキー入力が確実に行われたことを認識させることができる。
【0012】
また、前記位置検出手段は、クロック信号を発生するクロック信号生成手段と、前記表示シートの表面に操作体が接近または接触したときに前記反転部材と操作体との間の容量変化に応じて前記クロック信号に立ち上がりの遅延を与える遅延手段と、前記遅延手段を経由しない前記クロック信号を基準として、遅延が与えられた遅延量に応じた信号を生成する遅延信号生成手段と、前記遅延量に応じた信号をA/D変換するA/D変換手段と、前記反転部材毎に出力される前記遅延量に応じた信号を所定のタイミングで選択して前記A/D変換手段に出力する選択手段と、を有するものである。
【0013】
上記手段では、各反転部材の静電容量の変化を検出できるため、表示シート上の任意の位置に置かれた操作体の位置情報を検出することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態として入力装置を示す斜視図、図2は図1の2−2線における矢視断面図であり、Aは操作前の位置入力モード、Bは操作中のキー入力モードを示している。また図3は入力装置の構成の概略を示すブロック図、図4は位置検出手段の概略を示す回路構成図、図5は図4の回路図の各部における信号を示しており、Aはクロック信号生成手段の出力であるクロック信号、Bは信号遅延手段の出力信号、CはAND回路の出力信号(論理積)、Dは平滑手段の出力信号である。
【0015】
図1に示す入力装置1は、携帯型電話をイメージしたものであり、ケース3に表示手段としての表示パネル4と入力手段が搭載されている。表示パネル4はモノクロ型やカラー型の液晶パネルまたはELパネルからなる。
【0016】
前記入力手段は最上層に表示シート5が設けられ、その下方に絶縁性の対向基板6が設けられている。前記表示シート5はPET(ポリエチレンテレフタレート)などからなる薄手のシートで構成され、面と垂直に交差する方向に撓み変形可能とされている。そして、この表示シート5上には、文字、図形または記号などが印刷または転写された複数の表示部5aが形成されている。
【0017】
図1および図2に示すように、対向基板6の表面にはリング状に形成された支持電極7が複数設けられている。各支持電極7は、前記表示シート5の表示部5aと対向する位置に形成されており、その中心には接点電極9が設けられている。なお、前記支持電極7と接点電極9とは電気的に絶縁された状態にある。
【0018】
図1に示すように、前記対向基板6には複数からなる配線パターン7aが形成されており、各支持電極7にそれぞれ配線されている。なお、図1では図面の都合上、配線パターン7aが一部の支持電極7だけにしか形成さていないが、本来はすべての支持電極7に形成されているものである。また図2に示すように、前記接点電極9は対向基板6に形成されたスルーホールを介し、対向基板6の下面(図示Z2方向)に引き出されている。そして前記対向基板6の下面に形成された図示しない配線パターンによって対向基板6の外部に引き出されている。
【0019】
図1および図2に示すように、前記支持電極7の表面には複数(図1では12ケ)のドーム状(またはダイアフラム状ともいう)の金属製の反転部材10(個別に10a,10b,・・・10lで示す)が設けられている。前記反転部材10の基部は、前記支持電極7の表面に半田付けなどの手段によって固定されている。前記接点電極9は、前記反転部材10の内部の中心部分に設けられているとともに、その周囲は前記反転部材10によって覆われている。前記反転部材10は導電性を有しており、前記支持電極7とは電気的にも接続された状態にある。ただし、図2Aに示すように、前記ドーム状の反転部材10の下面と接点電極9との間には空間部8が設けられており、接点電極9と反転部材10とは互いに絶縁された状態にある。
【0020】
前記反転部材10は、例えば薄い金属板(例えば、ステンレス板)を精密加工プレスによって打ち抜いて形成したメタルコンタクトスイッチなどであり、歯切れの良いクリック操作を行うことが可能となっている。
【0021】
なお、上記においては前記各表示部5a、各反転部材10および前記各接点電極9はすべて対向するように設けられている。そして、前記接点電極9と反転部材10は、スイッチ入力手段11としての機能を有している。
【0022】
図3に示すように、前記入力装置1には制御部21が設けられている。制御部21には、前記表示パネル4、位置検出手段30、スイッチ入力手段11が接続され、さらに送信部22、受信部23および記憶部24などが接続されている。
【0023】
前記送信部22と受信部23は外部の基地局などと音声信号やデータ信号の送受信を行う。また記憶部24には電話番号データ、各種設定データおよび表示パネル4に表示させる表示データなどが記憶されている。
【0024】
図4に示すように、前記位置検出手段30は、クロック信号生成手段(発振回路)31、信号遅延手段32、遅延信号生成手段33、A/D変換手段34などで構成されている。前記信号遅延手段32、遅延信号生成手段33およびA/D変換手段34は前記反転部材10に対応する数だけ設けられている。
【0025】
前記クロック信号生成手段31は、図5Aに示すように所定の周波数および電圧からなる規則的なパルス状のクロック信号CKを連続的に出力する。前記信号遅延手段32は、前記各反転部材10と前記クロック信号生成手段31との間に接続された抵抗Rとで構成されている。
【0026】
前記反転部材10に前記クロック信号CKを印加した状態において、図2Aに示すように操作者の指や入力ペンなどの操作体50を前記入力装置1の表示シート5の表面に接近または接触させると、前記操作体50がグランド電位となるため、操作体50とこの操作体50に対向するいずれかの反転部材10との間に静電容量Cが形成される。
【0027】
遅延信号生成手段33は、AND回路33Aと、その後段に設けられた抵抗rとコンデンサC1からなる平滑手段33Bで形成されている。各AND回路33Aの一方の入力部33bには、前記クロック信号生成手段31の出力であるクロック信号CK(信号遅延手段32を経由しないクロック信号)が入力され、他方の入力部33aには前記信号遅延手段32を経由した出力が入力されており、このAND回路33Aの出力が前記平滑手段33Bの抵抗rに入力されている。
【0028】
前記平滑手段33Bの出力は、その後段に設けられたA/D変換手段34の入力部に接続されている。
【0029】
前記A/D変換手段34は、例えば8ビットの変換能力を有しており、平滑手段33Bの出力電圧Voを所定のサンプリング周期で8ビットのディジタル信号に変換し、これを入力装置1内に設けられた前記制御部21に送出する。
【0030】
前記制御部21はCPUを主体に構成されており、A/D変換手段34における変換のタイミングなどの調整を行う。また制御部21は、前記ディジタル信号Dから前記表示シート5に接近または接触した操作体50の位置情報を算出し、そのデータを基に例えば表示パネル4上にカーソルの位置などを表示させる制御なども行う。
【0031】
以下、入力装置の動作について説明する。
(位置入力モードの動作)
先ず、制御部21は前記クロック信号生成手段31を駆動させ、図5Aに示すクロック信号CKを各信号遅延手段32およびAND回路33Aの一方の入力部33bに与える。
【0032】
次に、前記操作体50が表示シート5の表面に接近または接触すると、この操作体50と、この操作体50に対向する反転部材10との間に静電容量Cが形成される。
【0033】
よって、前記抵抗Rと前記静電容量Cの積で規定される信号遅延手段32の時定数CRは、操作体50と対向するいずれかの反転部材10との間で最大となり、その他の反転部材10との間では最小の状態が維持される。このため、前記信号遅延手段32の出力は、操作体50と対向して時定数CRが最大となるときには図5Bに点線で示すような信号Saとなり、時定数CRが最小となるときには図5Bに実線で示すような信号Sbとなる。
【0034】
操作体50が反転部材10に対向する状態における前記クロック信号CKと信号Saの論理積、すなわちAND回路33Aの出力は図5Cに点線で示すようなパルス幅の短い(パルス幅=ta)パルス波形となる。このとき、図5Dに示すように、これに対応する平滑手段33Bの出力電圧Voは最小の電圧値Vaとなる。
【0035】
一方、操作体50が反転部材10に対向しない状態における前記クロック信号CKと信号Sbの論理積、すなわちAND回路33Aの出力は図5Cに実線で示すようなパルス幅の長い(パルス幅=tb)パルス波形となる。このとき、図5Dに示すように、これに対応する平滑手段33Bの出力電圧Voは最大の電圧値Vbとなる。なお。ここではAND回路33AにおけるHレベルとLレベルのしきい値SLは電源電圧Vccの半分であるVcc/2としている。
【0036】
すなわち、操作体50が反転部材10に接近すると前記平滑手段33Bの出力電圧Voが小くなり、操作体50が反転部材10から離れると前記平滑手段33Bの出力電圧Voが大きくなるため、出力電圧Voを比較することにより、操作体50と対向する反転部材10がいずれであるかを検出することができる。
【0037】
よって、制御部21は、各A/D変換手段34を介して取得したデータを比較することにより、最小値を示すデータ、すなわち出力電圧Voが最小値を示す反転部材10の位置から操作体50の位置情報を検出することが可能である。
【0038】
なお、各A/D変換手段34で変換されたデータ(ディジタル信号)は前記記憶部24に保持され、制御部21は必要に応じて前記データを読み出すことが可能である。
【0039】
また、例えば図1に示す表示部5aの表示「1」と表示「2」の間のA点に操作体50が接近又は接触した場合には、前記操作体50と反転部材10aの間および前記操作体50と反転部材10bとの間にそれぞれ静電容量Cが形成される。よって、前記反転部材10a、10bに対応する平滑手段33Bの各出力電圧Voが小さくなり、前記以外の反転部材10に対応する平滑手段33Bの出力電圧Voは最大の電圧値Vbが維持される。
【0040】
あるいは図1に示すように、表示「1」、「2」、「3」および「4」とで挟まれ領域Bに操作体50が接近又は接触した場合には、操作体50とこの操作体50に最も近い反転部材10a、10b、10dおよび10eとの間にそれぞれ静電容量Cが形成される。よって、前記反転部材10a、10b、10dおよび10eに対応する平滑手段33Bの各出力電圧Voが小さくなり、前記以外の反転部材10に対応する平滑手段33Bの各出力電圧Voは最大の電圧値Vbが維持される。
【0041】
よって、制御部21は、各A/D変換手段34を介して取得した各平滑手段33Bの各出力電圧Voに対する各データを解析することにより、操作体50の位置情報を取得することが可能である。すなわち、前記操作体50が各反転部材10に完全に対向しない場合であっても。前記操作体50の位置情報を検出することができる。
【0042】
また、例えば最初に操作体50が図1に示す表示部5aの表示「2」に対向していたとする。この操作体50を、Y方向に沿って表示「2」→表示「5」→表示「8」→表示「0」のように移動させると、これらに対応する反転部材10の静電容量Cがこの順番で次々と変化するようになる。よって、制御部21が、前記各静電容量Cの変化に伴なう各A/D変換手段34から出力される各データを所定の時間間隔でスキャンすることにより、操作体50の移動方向を検出することが可能である。なお、表示「0」→表示「2」方向への移動、およびX方向への移動も同様に検出することが可能であることはもちろんである。この場合、操作体50の移動は、表示部5aのが形成する行および列のいずれであってもよい。また例えば表示「1」→表示「5」→表示「9」のように斜め方向へ移動させた場合の操作体50の移動方向も検出することも可能である。
【0043】
そして、このようにして取得した操作部材50の位置情報は、前記記憶部24に格納されたアプリケーションソフトウェアのデータとして用いられ、例えば表示パネル4内でのメニュー選択などのカーソル移動操作などに利用することができる。
【0044】
(キー入力モードとしての動作)
上記位置入力モードの動作の途中において、図2Bに示すように、前記いずれかの表示部5aを図示Z2方向に押圧すると、前記表示シート5が撓み変形させられて凹状に窪んだ状態になる。このときの押し込み力によって前記反転部材10が反転させられ、その結果、反転部材10に押圧反力が発生する。この押圧反力はクリック感として操作者の指に伝えられるため、操作者に確実に押したという認識が与えられることができる。同時に、前記反転部材10のドーム部分の背面(下面)が前記接点電極9に接触する導通状態に設定される。よって、前記反転部材10と接触した接点電極9(図2Bでは中央に設けられた接点電極9)のみが前記所定の電圧に設定されるため、制御部21はいずれの表示部5aが操作されたかを検出することができる。すなわち、反転部材10を用いてキー入力を行うことができる。
【0045】
なお、前記操作体50の押し込み力を開放すると、前記ドーム部分が前記接点電極9から離れて図示上方に再反転するため、反転部材10は図2Aに示す元の非導通状態に復帰させられる。
【0046】
反転部材10と接点電極9とが電気的に接続され、スイッチ入力手段11の状態が切り変えられたことを示すスイッチの切換え情報は前記制御部21に通知される。制御部21は、スイッチ入力手段11の切換え情報をキー入力操作の入力情報として取り込み、例えば表示パネル4上にキーに対応した数字や記号などを表示する。すなわち、キー入力を行うことにより、操作者が入力したい数値や記号などを携帯電話機などに直接入力することができる。
【0047】
このように、上記入力装置1では、位置入力モードとキー入力モードとを同一の操作面上で行うことができるため、操作性に優れたものにできる。また、上記のように位置入力モードからキー入力モードへモードへの切換えを行う必要がなく直接移行することができる。また上記の説明では省略しているが、前記とは逆にキー入力モードから位置入力モードに移行する場合にも直接移行することも可能である。よって、この点においても操作者に負担をかけない操作性に優れた入力装置1を提供できる。
【0048】
ただし、モード設定を選択的に切換えることを除外するものではない。例えばいずれかの表示部5aが操作体50により押され、これが所定時間以上継続していることを前記制御部21が検知した場合に、前記モードを切換えるようにすることも可能である。
【0049】
なお、上記の実施の形態では、反転部材10がメタルコンタクトスイッチである場合について説明したが、反転部材を可撓性に優れた合成樹脂などで形成し、その下面に金属薄膜を設けた構成としたものであってもよい。
【0050】
【発明の効果】
以上のように本発明では、同一の操作面(表示シート)上でキー入力操作と位置入力操作を行うことができる。
【0051】
またキー操作の際には反転部材を押圧するため、歯切れの良いクリック感を操作者に与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の入力装置の実施の形態を示す斜視図、
【図2】図1の2−2線における矢視断面図であり、Aは操作前の位置入力モード、Bは操作中のキー入力モード、
【図3】入力装置の構成の概略を示すブロック図、
【図4】位置検出手段の概略を示す回路構成図、
【図5】図4の回路図の各部における信号を示しており、Aはクロック信号生成手段の出力であるクロック信号、Bは信号遅延手段の出力信号、CはAND回路の出力信号(論理積)、Dは平滑手段の出力信号、
【符号の説明】
1 入力装置
4 表示パネル
5 表示シート
5a 表示部
6 対向基板
7 支持電極
8 空間部
9 接点電極
10,10a〜10l 反転部材
11 スイッチ入力手段
21 制御部
30 位置検出手段
31 クロック信号生成手段
32 信号遅延手段
33 遅延信号生成手段
34 A/D変換手段
50 操作体(指や入力ペン)
C 静電容量
Claims (3)
- 少なくとも1つ以上の表示部を備えた表示シートと、前記表示部に対向して設けられた接点電極と、空間部を介して前記接点電極の周囲を覆うとともに前記表示シートが押されたときに前記接点電極に接触させられる反転部材と、操作体が前記表示シートに接近しまたは接触したときに前記反転部材との間に形成される静電容量を検出して、前記操作体の位置を検出する位置検出手段と、が設けられていることを特徴とする入力装置。
- 前記反転部材は、ドーム状のメタルコンタクトスイッチである請求項1記載の入力装置。
- 前記位置検出手段は、クロック信号を発生するクロック信号生成手段と、前記表示シートの表面に操作体が接近または接触したときに前記反転部材と操作体との間の容量変化に応じて前記クロック信号に立ち上がりの遅延を与える遅延手段と、前記遅延手段を経由しない前記クロック信号を基準として、遅延が与えられた遅延量に応じた信号を生成する遅延信号生成手段と、前記遅延量に応じた信号をA/D変換するA/D変換手段と、前記反転部材毎に出力される前記遅延量に応じた信号を所定のタイミングで選択して前記A/D変換手段に出力する選択手段と、を有する請求項1または2記載の入力装置。
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