JP4438648B2

JP4438648B2 - 入力装置

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Publication number: JP4438648B2
Application number: JP2005068867A
Authority: JP
Inventors: 邦生佐藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2025-03-11
Also published as: JP2006253000A

Description

本発明は、静電容量変化型センサを用いて入力される入力装置に係り、特に、複数の入力キーを有する小型携帯端末機などの入力装置に好適に利用可能となる入力装置に関する。

一般に、複数の入力キーを有する入力装置は、パーソナルコンピュータのキーボード、電卓、携帯電話機などのテンキーや十字キーなどに広く用いられている。このような入力装置として、現在、様々な入力方式のものが存在しているが、その中でも、静電容量変化型近接センサを用いて形成された入力装置は、他のセンサを用いて形成された入力装置と比較して、薄型化および低廉化をより効率的に図ることができるものである。

図１２は、この種の静電容量変化型の入力装置１０１の一例を示している。この入力装置１０１は、表面シートに印刷成形された入力キー１０２と、この入力キー１０２と対向する位置に配設された平板状の電極１０３と、この電極１０３の静電容量Ｃの変化を検出する制御部とによって形成されている。そして、入力キー１０２に人体Ｈが接近または接触することによって発生する電極１０３の静電容量Ｃの変化をその制御部（図示せず）が検出するため、所望のキー入力を行なうことが可能となっている（特許文献１を参照）。これによって、例えばシート状の入力デバイスなどに用いることが可能となる。

また、前述した静電容量変化型の入力装置１０１は、プッシュ式の入力装置としても用いることが可能となっている。例えば、図１３および図１４に示すように、この静電容量変化型の入力装置１０１は、基板１０６に形成された環状の電極１０３に金属製の反転ドーム１０５を固着させ、その反転ドーム１０５の頭部と対向するように押下自在の入力キー１０２が配設されている。また、接地している接点部材１０７が、電極１０３と絶縁状態を保ちながらその電極１０３の中心に形成されている。そのため、人体Ｈが入力キー１０２に近接した際には、図１３（ａ）に示すように、電極１０３と接触している反転ドーム１０５の静電容量Ｃの変化を検出することによって、近接によるキー入力を行なうことが可能となっている。また、入力キー１０２に接触した人体Ｈがその入力キー１０２を押下した際には、図１３（ｂ）に示すように、反転ドーム１０５の形状が凹入して反転する方向に変化することによって、中心にある接点部材１０７と接触し、反転ドーム１０５を介して接点部材１０７と接触した電極１０３の静電状態（接地状態になると電極１０３の電荷が０となる）を検出することによって、入力キー１０２の押下によるキー入力を行なうことが可能となっている（特許文献２を参照）。これによって、静電容量変化型の入力装置１０１においても良好なクリック感を得ることが可能となる。また、人体Ｈを入力キー１０２へ接触させてから押下するといった２段階のスイッチング動作が可能となるため、例えばデジタルカメラのシャッターボタンなどの２段式スイッチに用いることが可能となっている。

ここで、前述した近接状態のみ検出する入力装置、もしくは近接状態および押下状態の両方を検出する入力装置とのどちらの静電容量変化型の入力装置１０１においても、基板１０６に形成された電極１０３の静電容量Ｃを検出することによって入力された入力キー１０２を検出するため、その大前提として、電極１０３の静電容量Ｃを変化させることが必要となる。ここで、この電極１０３の静電容量Ｃは、被検出体（人体Ｈ）と電極１０３との対向面積Ｓｈに比例し、被検出体（人体Ｈ）から電極１０３までの対向距離ｄに反比例する関係を有している（後述の数１式を参照）。また、それら対向面積Ｓｈおよび対向距離ｄが変化することによって、その電極１０３の静電容量Ｃを変化させることが可能となっている（特許文献１および２を参照）。

特開２００４−２０１１７５号公報特開２００４−３３４７３８号公報

しかしながら、静電容量変化型の入力装置１０１において、前述した対向距離ｄは、無制限に設定することのできる値ではなく、電極１０３の静電容量の変化を制御部が検出可能な距離、即ち、動作距離の範囲内に設定しなければ入力装置１０１が動作することのないために、上限が決められた値となっている。そのため、入力キー１０２の前面（人体Ｈが近接する面）から電極１０３までの配設距離となる対向距離ｄは極めて短い距離に制限されてしまう場合があるという問題があった。

例えば、図１２に示すように、入力キー１０２と基板１０６との間に形成された空気層が０．６〜０．９ｍｍ程度の厚みをもって介在している場合、入力キー１０２などの固体と比較して空気の比誘電率が極めて小さいことから、その入力キー１０２は０．３〜０．６ｍｍ程度の厚みに制限されることとなる。その結果、対向距離ｄの最大は１．２ｍｍ程度に限られてしまうこととなる。つまり、静電容量変化型の入力装置１０１を他の電子機器に配設する際、その対向距離ｄは前述したような短い距離に制限されてしまうため、あまり好ましいとはいえない。

また、図１３および１４に示すように、押下自在の入力キー１０２の背後に金属製反転ドーム１０５を配設して、良好なクリック感およびメカニカル接点スイッチ機能を得た静電容量変化型の入力装置１０１の場合、動作距離となる対向距離ｄ’は入力キー１０２の前面から反転ドーム１０５の頭部までの距離であるため、前述した入力キー１０２の前面から電極１０３までの対向距離ｄ（図１２を参照）よりも短くなる。しかし、クリック感を向上させるために形成されている入力キーの凸部１０２ａによって、対向面積Ｓが小さくなるため、入力キー１０２が金属製の反転ドーム１０５に接触している状態においても、その対向距離ｄは前述したような短い距離に制限されてしまうという問題を解決するまでには至っていなかった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、基板上に形成された電極の形状を変化させることなく入力装置の動作距離を長くすることが可能となる入力装置を提供することを本発明の目的としている。

また、本発明の他の目的としては、入力装置の動作距離を長くするとともに良好なクリック感を得ることが可能となる入力装置を提供することとしている。

さらに、本発明の他の目的としては、入力装置の動作距離を長くするとともに様々な入力キーの形状に適用することが可能となる入力装置を提供することとしている。

前述した目的を達成するため、本発明の入力装置は、その第１の態様として、基板上に形成された第１の電極と、第１の電極に対向して配設されている誘電体製の入力キーと、第１の電極から入力キーの前面までの間に配設されている非接地状態の第２の電極と、第１の電極の静電容量の変化を検出する静電容量検出手段とを備えている。そして、第１の態様の入力装置における第１の電極と第２の電極との間に、それら相互に接触して配設されている導電部材を備えていることを特徴としている。さらに、第２の電極は、入力キーの前面に接近した人体によって第２の電極の静電容量が変化する位置に配設されていることを特徴としている。

本発明の第１の態様によって、第１の電極の静電容量を変化させる動作距離は、操作者の指先（被検出体）から第２の電極までの距離となるため、操作者の指先（被検出体）から電極（本発明においては第１の電極）の表面までの動作距離を従来よりも長くすることが可能となる。

本発明の入力装置の第２の態様は、その第１の態様の入力装置に備わる入力キーが押下自在に形成されており、かつ導電部材が入力キーの押下方向に対して反転力を生じるように形成されていることを特徴としている。

本発明の第２の態様によって、キー入力時に良好なクリック感を与えることが可能となる。

本発明の入力装置の第３の態様は、その第２の態様の入力装置に備わる第１の電極と絶縁されて基板上に形成された接点部材が、入力キーの押下の際に、第２の電極もしくは導電部材と接触する位置に配設されていることを特徴としている。

本発明の第３の態様によって、近接スイッチの機能にメカニカル接点スイッチの機能を付加することが可能となる。

本発明の入力装置の第４の態様は、その第１から第３のいずれか１の態様の入力装置に備わる入力キーは、複数個配設された第１の電極の対向位置を覆うように一体に形成されていることを特徴としている。

本発明の第４の態様によって、入力キーと第１の電極とを一対一に対応させて配設する必要がなくなるため、例えば方向キーなどに対しても本発明を用いることが可能となる。

本発明の入力装置の第５の態様は、その第１から第４のいずれか１の態様の入力装置に備わる静電容量検出手段が、クロック信号を発生するクロック信号生成手段と、入力キーに人体が接近または接触したときの電極の静電容量に応じてクロック信号に遅延処理を行なう遅延手段と、遅延処理がなされたクロック信号と遅延処理がなされていないクロック信号とを入力し、遅延処理がなされたクロック信号の遅延量に応じて出力信号を出力する論理積手段と、論理積手段の出力信号を平滑化してアナログ信号にする平滑手段と、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、得られたディジタル信号に基づいて人体が接近または接触した入力キーを検出する制御部とを有して形成されていることを特徴としている。

本発明の第５の態様によって、容易成形性および検出確実性を有する静電容量検出手段を形成することが可能となる。

本発明の入力装置によって、動作距離を長くすることが可能となるため、入力キーの厚さの許容範囲が従来よりも拡大するという効果を奏する。

また、本発明は、従来の静電容量変化型入力装置と比較して大きな設計変更を要することがないため、動作距離の向上が迅速かつ安価に行えるという効果を奏する。

以下、図１から図１１を参照しながら本発明の入力装置の５つの実施形態を説明する。

ここで、図１から図１１について説明する。図１は本発明の入力装置の第１の実施形態の断面図を示したものである。図２は第１から第５の実施形態に係る静電容量検出手段を示している。図３はグラフを用いて第１の電極の静電容量の変化の一例を示している。図４は本発明の入力装置の第２の実施形態の断面図を示したものである。図５は、図４に示した導電部材を斜視的に示している。図６は本発明の入力装置の第３の実施形態の断面図を示したものである。図７は図６に示した反転ドーム形状の導電部材を斜視的に示している。図８は本発明の入力装置の第４の実施形態の断面図を示したものである。図９は図８に示した第２の電極と一体形成された導電部材を斜視的に示している。図１０は本発明の入力装置の第５の実施形態を斜視的に示したものである。そして、図１１は図１０の１１−１１矢視断面図を示したものである。
（１）第１実施形態
第１実施形態の入力装置１は、図１に示すように、コンピュータ、電卓、携帯電話機、ＰＤＡなどの入力装置として、それらの電子機器内に配設されている。この入力装置１は、入力キー２、基板６、第１の電極３、第２の電極４および第１の電極３の静電容量Ｃ１の変化を検出する静電容量検出手段（図１においては図示せず）とを備えている。

入力キー２は、シート状に形成された誘電体製の表面シート上に印刷成形されている。また、この入力キー２の背面には、図１に示すように、平板状に形成された非接地状態の第２の電極４が印刷形成されている。そして、入力キー２の厚さｄ２は、その前面に人体が接近した際、第２の電極４の静電容量Ｃ２を変化させることが可能な距離を超えない程度に形成されている。具体的には、２．１〜２．４ｍｍ程度となっている。なお、従来の入力キーの厚さは、０．３〜０．６ｍｍ程度である。

絶縁性を有する基板６上には、平板状の第１の電極３が入力キー２および第２の電極４と対向するように形成されている。つまり、第１の電極３と第２の電極４は、平行平板コンデンサの関係となるように形成されている。また、第１の電極３と第２の電極４との対向距離ｄ１は、第２の電極４が存在することによって第１の電極３の静電容量Ｃ１が変化する位置関係を有して設定されている。具体的には、０．６〜０．９ｍｍ程度となっており、この設定値は従来のものと同程度となっている。

第１の電極３と接続している導線の一端には、当該第１の電極３（Ａ、Ｂ、Ｃ・・・）の静電容量Ｃ１の変化を検出する静電容量検出手段が接続されている。この静電容量検出手段は、図２に示すように、第１の電極３の形成個数分だけ用意された検出チャンネルＣＨ（１、２、３、・・・）と、検出チャンネルＣＨと接続している制御部１６とを有して形成されている。また、各検出チャンネルＣＨは、クロック信号生成手段１１、遅延手段１２（Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・）、論理積手段１３（Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・）、平滑手段１４（Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・）およびＡ／Ｄ変換手段１５（Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・）を有して形成されている。

クロック信号生成手段１１は、所定の周波数からなる規則的なパルス信号を連続的に出力するように形成されている。このクロック信号生成手段１１の一方の出力端子は遅延手段１２の入力端子と接続しており、その他方の出力端子は論理積手段１３の入力端子と接続している。なお、各検出チャンネルＣＨは、クロック信号生成手段１１を共用するように形成されている。

遅延手段１２は、抵抗Ｒ（１、２、３、・・・）および前述した第１の電極３を有して形成されている。この遅延手段１２の出力端子は論理積手段１３の入力端子と接続している。

論理積手段１３は、ＡＮＤゲート回路を用いて形成されている。この論理積手段１３の２つの入力端子は、前述したように、クロック信号生成手段１１および遅延手段１２の出力端子と接続している。そして、論理積手段１３の出力端子は、平滑手段１４の入力端子と接続している。

論理積手段１３の出力端子と接続している平滑手段１４は、抵抗ｒ（１、２、３、・・・）およびコンデンサｃ（１、２、３、・・・）を有する平滑回路によって形成されている。この平滑手段１４の出力端子はＡ／Ｄ変換手段１５（Ａ、Ｂ、Ｃ・・・）の入力端子と接続している。

平滑手段１４と接続しているＡ／Ｄ変換手段１５は、Ａ／Ｄコンバータを用いて形成されている。このＡ／Ｄ変換手段１５の出力端子は、制御部１６に形成された検出チャンネルＣＨ用の入力端子の１つと接続している。

各検出チャンネルＣＨが接続された制御部１６は、演算処理を行なうＣＰＵ（図示せず）を有して形成されている。また、この制御部１６は、各検出チャンネルＣＨに形成された各第１の電極３の静電容量Ｃ１の変化を検出しすることによって、複数の入力キー２の中から人体Ｈが接触もしくは近接された入力キー２を検出するように形成されている。

次に、第１実施形態の入力装置１の作用について説明する。

本実施形態の入力装置１は、第１の電極３から得られた静電容量Ｃ１の変化を検出することによって、複数の入力キー２の中から入力操作を受けた特定の入力キー２を検出する。ここで、この第１の電極３と対向する位置には第２の電極４が配設されているため、第１の電極３と第２の電極４との間に、第２の電極４が非接地状態となる平行平板コンデンサが形成されることとなる。このとき、図１に示すように、入力キー２の前面に被検出体（人体Ｈ）が近接すると、人体Ｈと第２の電極４との間の入力キー２が分極することによって、第２の電極４と人体Ｈとの静電容量Ｃ２が変化する。また、当該静電容量Ｃ２が変化すると、第２の電極４に対向している第１の電極３との間に形成されたコンデンサの静電容量Ｃ１も連関して変化し、当該静電容量Ｃ１の変化を静電容量検出手段が検出することとなる。つまり、人体Ｈから第１の電極３までの間に第２の電極４を配設することによって、分極させやすい誘電体の入力キー２を介在させた人体Ｈと第２の電極４の間との距離ｄ２を拡大させることが可能となる。その結果、従来よりも動作距離（被検出体Ｈによって第１の電極３の静電容量Ｃ１が変化する距離）を拡大することが可能となっている。

前述した第１の電極３と第２の電極４との間の静電容量Ｃ１（以下、単に「静電容量Ｃ１」という。）および第２の電極４と人体Ｈとの間の静電容量Ｃ２（以下、単に「静電容量Ｃ２」という。）は、第１の電極３と第２の電極４との対向面積Ｓｃおよび対向距離ｄ１、ならびに第２の電極４と人体Ｈとの対向面積Ｓｈおよび対向距離ｄ２によって変化するものであり、一般的に以下の数１式によって求められる。

ここで、対向面積Ｓは、静電容量Ｃ１の場合、第１の電極３と第２の電極４との間の対向面積Ｓｃを用い、静電容量Ｃ２の場合、第２の電極４と人体Ｈとの対向面積Ｓｈを用いる。また、対向距離ｄは、静電容量Ｃ１の場合、第１の電極３と第２の電極４との間の対向距離ｄ１を用い、静電容量Ｃ２の場合、第２の電極４と人体Ｈとの対向距離ｄ２を用いる。そして、誘電率εは、静電容量Ｃ１の場合、空気の誘電率を用い、静電容量Ｃ２の場合、入力キー２の素材の誘電率を用いる。

前述したように、入力キー２に人体Ｈを接近または接触させると、第２の電極４と人体Ｈとの対向距離ｄ２が小さくなり、対向面積Ｓｈが大きくなるため、数１式より、静電容量Ｃ２の値が大きくなる。すると、それに伴い、静電容量Ｃ１の値も連関して大きくなる。このようにして静電容量Ｃ１が変化した第１の電極３は、図２に示すような静電容量検出手段によって、当該静電容量Ｃ１の変化を検出することが可能となっている。なお、図１には示していないが、第１の電極３は基板６上に複数個配設されているため、図２においては静電容量Ｃ１が変化しない第１の電極３も記載してある。図２においては、複数個形成された第１の電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃ・・・のうち、第１の電極３Ｂの静電容量Ｃ１が変化したものとして説明する。

第１の電極３Ｂの静電容量Ｃ１が変化すると、第１の電極３Ｂが接続している検出チャンネルＣＨ２の遅延手段１２Ｂに備わっている抵抗Ｒ２と第１の電極３Ｂの静電容量Ｃ１との積とによって算出される時定数ＣＲが大きくなる。そのため、クロック信号生成手段１１から遅延手段１２Ｂに入力されたクロック信号ＣＫ（図３（ａ）参照）には、遅延処理が施される。

遅延手段１２の時定数ＣＲが大きくなると、図３（ｂ）に示すように、遅延手段１２Ｂに入力された矩形状のクロック信号ＣＫは三角波状のクロック信号Ｓｂ（一点鎖線）へ遅延処理される。ここで、第１の電極３Ｂと人体Ｈとの間に第２の電極４Ｂが配設されているため、人体Ｈが入力キー２Ｂに近接していない場合、遅延手段１２Ｂに入力された矩形状のクロック信号ＣＫはなまった波形（実線）のクロック信号Ｓａに予め遅延処理される。なお、第１の電極３Ｂと人体Ｈとの間に第２の電極４Ｂが配設されていない場合であって、人体Ｈが入力キー２Ｂに近接していない場合、遅延手段１２Ｂに入力された矩形状のクロック信号ＣＫは略矩形状（破線）のクロック信号Ｓ０となる。

遅延手段１２Ｂの時定数ＣＲが大きい場合（入力キー２Ｂに人体が接近もしくは接触した場合）のクロック信号Ｓｂと未処理のクロック信号ＣＫとを論理積手段１３Ｂに入力すると、図３（ｃ）に示すように、しきい値を基準として得られたパルス幅ｔｂを有する矩形状のパルス波Ｐｂが出力される。一方、遅延手段１２Ｂの時定数ＣＲが小さい場合（入力キー２Ｂに人体が接近もしくは接触していない場合）のクロック信号Ｓａと未処理のクロック信号ＣＫとを論理積手段１３Ｂに入力すると、同様にして得られたパルス幅ｔａを有する矩形状のパルス波Ｐａが出力される。パルス波Ｐｂのパルス幅ｔｂとパルス波Ｐａのパルス幅ｔａとの大小関係はｔｂ＜ｔａとなる。つまり、時定数ＣＲが大きくなるとパルス幅ｔは狭くなり、平滑手段１４Ｂから得られるアナログ信号の出力電圧の値は小さくなる。具体的には、図３（ｄ）に示すように、入力キー２Ｂに人体Ｈが接近または接触した場合のアナログ信号Ａｂの出力電圧の値はＶｂとなり、入力キー２Ｂから人体Ｈが遠ざかった場合のアナログ信号Ａａの出力電圧の値はＶｂよりも大きな値となるＶａとなる。

平滑化されたアナログ信号ＡａもしくはＡｂがＡ／Ｄ変換手段１５Ｂに入力されると、所定のサンプリング周期をもって検出されることにより、平滑手段１４Ｂから得られたアナログ信号ＶａもしくはＶｂはディジタル信号ＤａもしくはＤｂ（図示せず）に変換される。

Ａ／Ｄ変換手段１５Ｂによって得られたディジタル信号ＤａもしくはＤｂは制御部１６に送られる。この制御部１６は、ディジタル信号ＤａもしくはＤｂが所定のしきい値を超えたか否かを検出することにより、人体Ｈが入力キー２に近接したか否かを検出することができるようになっている。

すなわち、第１実施形態の入力装置１は、人体により静電容量Ｃ２が変化した第２の電極４を介して第１の電極３の静電容量Ｃ１を変化させることが可能となるため、操作者の指先（被検出体）から電極（本実施形態においては第１の電極３）の表面までの動作距離を従来よりも長くすることが可能となる。
（２）第２実施形態
第２実施形態の入力装置１は、図４に示すように、第１実施形態と同様、入力キー２、基板６、第１の電極３、第２の電極４および第１の電極３の静電容量Ｃ１の変化を検出する静電容量検出手段（図２を参照）を備えている。そして、第１実施形態とは異なり、第１の電極３と第２の電極４との間には、導電部材５がそれら電極３、４と相互に接触するように配設されている。

導電部材５は、金属や導電性ゴムなどの導電材料を用いて形成されている。そして、導電部材５は、図３に示すように、スペーサとしても用いることが可能なように柱状に形成されている。なお、スペーサとして用いることが無いようならば、導電部材５としてはリード線を用いても良い。

前述したように形成された第２実施形態の入力装置１においては、第１の電極３が第２の電極４と導通しているため、第２の電極４と人体Ｈとの間の静電容量Ｃ２の変化が、そのまま第１の電極３と第２の電極４との間の静電容量Ｃ１の変化となる。その結果、第１の電極３と第２の電極４との間の距離ｄ１を考慮することが無くなるため、操作者の指先（被検出体）から電極（本実施形態においては第１の電極３）の表面までの動作距離を従来よりも長くすることが可能となる。

人体Ｈが入力キー２Ｂに近接した場合、第２実施形態の入力装置１に備わる静電容量検出手段は、第１実施形態と同様、遅延手段１２によって遅延処理されたクロック信号Ｓｂを出力する。その後、第１実施形態と同様の処理によって、キー入力が検出される。

なお、第１の電極３が第２の電極４と導通しているため、人体Ｈが入力キー２Ｂに近接していない場合、遅延手段１２Ｂに入力された矩形状のクロック信号ＣＫは、図３（ｂ）に示すように、なまった波形（実線）のクロック信号Ｓａではなく略矩形状（破線）のクロック信号Ｓ０となる。それに伴い、論理積手段１３Ｂから出力されるパルス波は、図３（ｃ）に示すように、パルス幅ｔ０（ｔａ＜ｔ０）を有する矩形状のパルス波Ｐ０となり、平滑手段１４Ｂから得られるアナログ信号Ａ０の出力電圧の値はＶ０（Ｖａ＜Ｖ０）となる。
（３）第３実施形態
第３実施形態の入力装置１は、デジタルカメラのシャッタースイッチのような２段階の入力装置として用いられる。この入力装置１は、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、入力キー２、基板６、第１の電極３、第２の電極４、反転ドーム状の導電部材５、接点部材７および第１の電極３の静電容量Ｃ１の変化を検出する静電容量検出手段（図２を参照）を備えている。

入力キー２は、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、人体Ｈからの押圧によって押下自在に形成されている。この入力キー２の背面の中央部には、導電部材５を押圧するための凸部２ａが形成されている。また、この入力キー２の背面には、図６に示すように、凸部２ａを覆うようにして平板状に形成された非接地状態の第２の電極４が印刷形成されている。そして、入力キー２の前面に人体Ｈが接近した際、第２の電極４の静電容量Ｃ２を変化させることが可能な距離を超えない程度の厚さｄ２を有してその入力キー２が形成されている。

絶縁性を有する基板６上には、図７に示すように、環状の第１の電極３が入力キー２および第２の電極４と対向するように形成されている。また、当該基板６上であって、環状の第１の電極３の中央部には、柱状に形成された接点部材７が形成されている。この接点部材７は、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、基板６を貫通してその背面まで形成されており、当該背面において接点部材７が接地されている。なお、この接点部材７は、第１の電極３と絶縁状態を保って形成されている。

導電部材５は、図７に示すように、導電性を有する金属を用いて反転ドーム状に形成されており、半田付けなどの導電性を有する固着手段を用いて、環状に形成された第１の電極３の上面側に沿って固定されている。また、この導電部材５は、入力キー２の非押下状態において、入力キー２の凸部２ａを覆う第２の電極４と当接するように配設されている。

第１の電極３と接続している導線の一端には、当該第１の電極３の静電容量Ｃ１の変化を検出する第１実施形態と同様の静電容量検出手段が接続されている。

次に、第３実施形態の入力装置１の作用について説明する。

第３実施形態の入力装置１は、図４、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、第２実施形態の入力装置１と同様、第１の電極３と第２の電極４との間に導電部材５が相互に接触するように配設されている。そして、この第３実施形態の入力装置１は、押下自在に形成されている入力キー２と、入力キー２の押下方向に対して反転力を生じるように形成されている反転ドーム状の導電部材５とを備えている。そのため、押下によるキー入力時に良好なクリック感を与えることが可能となっている。

また、この第３実施形態の入力装置１は、入力キー２の押下の際に、第２の電極４もしくは導電部材５と接触する位置に接点部材７を備えている。そのため、入力キー２の押下の際、接地された接点部材７が導電部材５と接触し、接触した導電部材５を介して、第１の電極３が接地状態となる。第１の電極３が接地状態となると第１の電極３の電荷が０となるため、静電容量検出手段の遅延手段１２から出力されるクロック信号は電圧０の水平線となる（図３を参照）。これを検出することによって、近接スイッチの機能にメカニカル接点スイッチの機能を付加することが可能となる。

なお、静電容量検出手段は、第２実施形態と同様にして形成されているため、その作用も第２実施形態と同様になっている。
（４）第４実施形態
第４実施形態の入力装置１は、第３実施形態の入力装置１と同様、デジタルカメラのシャッタースイッチのような２段階の入力装置として用いられる。この入力装置１は、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、入力キー２、基板６、第１の電極３、第２の電極４を兼ねた導電部材５、接点部材７および第１の電極３の静電容量Ｃ１の変化を検出する静電容量検出手段（図２を参照）を備えている。

入力キー２は、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、人体Ｈからの押圧によって押下自在に形成されている。この入力キー２の背面の中央部には、導電部材５を押圧するための凸部２ａが形成されている。

絶縁性を有する基板６上には、図９に示すように、環状の第１の電極３が入力キー２と対向するように形成されている。また、当該基板６上であって、環状の第１の電極３の中央部には、柱状に形成された接点部材７が形成されている。この接点部材７は、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、基板６を貫通してその背面まで形成されており、当該背面において接点部材７が接地されている。なお、この接点部材７は、第１の電極３と絶縁状態を保って形成されている。

導電部材５は、導電性および可撓性を有する導電ゴムを用いて形成されている。この導電部材５における基板６と対向する部分は、図９に示すように、反転ドーム状に形成されている。また、導電部材５における入力キー２と対向する部分は、入力キー２の背面と面接触するように、凸部２ａの逃げ部分を有して平板状に形成されている。つまり、導電部材５が第２の電極４の役割を担うように、反転ドームと平板とが一体となって形成されたような形状となっている。そして、この反転ドーム状に形成された部分の導電部材５の周は、導電性接着剤等の固着手段を用いて、環状に形成された第１の電極３に固定されている。また、この導電部材５は、入力キー２の非押下状態において、入力キー２の背面およびその凸部２ａと当接するように配設されている。

なお、入力キー２の厚さｄ２は、その前面に人体Ｈが接近した際、第２の電極４の役割を担う導電部材５の静電容量Ｃ２を変化させることが可能な距離を超えない程度の厚さに形成されている。

次に、第４実施形態の入力装置１の作用について説明する。

第４実施形態の入力装置１は、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、第２の電極４を兼ねた導電部材５が第１の電極３と接触するように配設されている。そして、この第４実施形態の入力装置１は、押下自在に形成されている入力キー２と、入力キー２の押下方向に対して反転力を生じるように形成されている反転ドーム状の導電部材５とを備えている。そのため、押下によるキー入力時に良好なクリック感を与えることが可能となっている。

また、この第４実施形態の入力装置１は、入力キー２の押下の際に、第２の電極４もしくは導電部材５と接触する位置に接点部材７を備えている。そのため、入力キー２の押下の際、接地された接点部材７が導電部材５と接触し、接触した導電部材５を介して、第１の電極３が接地状態となる。第１の電極３が接地状態となると第１の電極３の電荷が０となるため、静電容量検出手段の遅延手段１２から出力されるクロック信号は電圧０の水平線となる（図３を参照）。これを検出することによって、近接スイッチの機能にメカニカル接点スイッチの機能を付加することが可能となる。

なお、静電容量検出手段は、第２実施形態と同様にして形成されているため、その作用も第２実施形態と同様になっている。
（５）第５実施形態
第５実施形態の入力装置１は、図１０に示すように、十字キーなどの入力装置として用いられている。この入力装置１は、入力キー２、基板６、第１の電極３、第２の電極４、ドーム状の導電部材５、接点部材７および第１の電極３の静電容量Ｃ１の変化を検出する静電容量検出手段（図２を参照）を備えている。

入力キー２は、図１０に示すように、その前面から見て十字状に形成されている。そして、図１１に示すように、入力キー２の背面の中央部には弾性変形する柱状の支持部２ｂが形成されている。つまり、入力キー２における十字方向の入力面２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆは、人体Ｈからの押圧によって押下自在に形成されている。この入力キー２の入力面２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆは、それぞれの背面の中央部に、導電部材５を押圧するための凸部２ａを有している。また、この入力キー２の入力面２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆの背面には、図１１に示すように、それぞれ平板状に形成された非接地状態の第２の電極４がそれぞれ印刷形成されている。この第２の電極４は、入力キー２の入力面２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆの背面に形成された凸部２ａも含んでその背面を覆っている。そして、入力キー２の厚さｄ２は、その前面に人体Ｈが接近した際、第２の電極４の静電容量Ｃ２を変化させることが可能な距離を超えない程度の厚さに形成されている。

絶縁性を有する基板６上には、図１１に示すように、環状の第１の電極３が入力キー２の入力面２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆに対向して複数個形成されている。また、当該基板６上であって、環状の第１の電極３の中央部には、柱状に形成された接点部材７が形成されている。この接点部材７は、図１１に示すように、基板６を貫通してその背面まで形成されており、当該背面において接点部材７が接地されている。なお、この接点部材７は、第１の電極３と絶縁状態を保って形成されている。

導電部材５は、図７に示すように、導電性を有する金属を用いて反転ドーム状に形成されており、半田付けなどの導電性を有する固着手段を用いて、環状に形成された第１の電極３の上面側に固定されている。また、この導電部材５は、入力キー２の非押下状態において、入力キー２の凸部２ａを覆う第２の電極４と当接するように配設されている。

前述したように形成された第５実施形態の入力装置１は、単一の入力キー２に対して、複数の第１の電極３を対向させている。よって、複数のキー入力を行なうことが可能な十字キーなどの入力キー２に対して、第３実施形態のような２段スイッチを形成することが可能となっている。

前述したようた５つの実施形態において説明したように、本発明の入力装置は、動作距離を長くすることが可能となるため、入力キーの厚さの許容範囲が従来よりも拡大するという効果を奏する。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明の入力装置の第１の実施形態を示す断面図本実施形態に係る静電容量検出手段の一例を示す回路図（ａ）から（ｄ）は本実施形態に係る電極の静電容量の変化の一例を示すグラフ本発明の入力装置の第２の実施形態を示す断面図図４に示した導電部材の全体を示す斜視図本発明の入力装置の第３の実施形態を示す断面図；（ａ）は入力キーの非押下状態、（ｂ）は入力キーの押下状態を示す図６に示した反転ドーム形状の導電部材およびその周辺を示す斜視図本発明の入力装置の第４の実施形態を示す断面図；（ａ）は入力キーの非押下状態、（ｂ）は入力キーの押下状態を示す第２の電極と一体形成された導電部材およびその周辺を示す斜視図本発明の入力装置の第５の実施形態を示す斜視図図１０の１１−１１線に沿った断面図従来の静電容量型入力装置の一例を示す断面図（ａ）および（ｂ）は従来の静電容量型入力装置の他の一例を示す断面図図１４に示した反転ドームおよびその周辺を示す斜視図

符号の説明

１入力装置
２入力キー
２ａ凸部
２ｂ支持部
２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ入力面
３第１の電極
４第２の電極
５導電部材
６基板
７接点部材
１１クロック信号生成手段
１２遅延手段
１３論理積手段
１４平滑手段
１５Ａ／Ｄ変換手段
１６制御部
ｄ１第１の電極３から第２の電極までの距離
ｄ２第２の電極４から入力キーの前面までの距離
Ｃ１第１の電極３と第２の電極との間の静電容量
Ｃ２第２の電極４と人体Ｈとの間の静電容量
Ｈ人体（の指）

Claims

基板上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極に対向して配設されている誘電体製の入力キーと、
前記第１の電極から前記入力キーの前面までの間に配設されている非接地状態の第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との相互に接触して配設されている導電部材と、
前記第１の電極の静電容量の変化を検出する静電容量検出手段と
を備えており、
前記第２の電極は、前記入力キーの前面に接近した人体によって前記第２の電極の静電容量が変化する位置に配設されている
ことを特徴とする入力装置。
前記入力キーは、押下自在に形成されており、
前記導電部材は、前記入力キーの押下方向に対して反転力を生じるように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
前記第１の電極に絶縁されて前記基板上に形成された接点部材が、前記入力キーの押下の際に、前記第２の電極もしくは前記導電部材と接触する位置に配設されている
ことを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
前記入力キーは、複数個配設された前記第１の電極の対向位置を覆うように一体に形成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の入力装置。
前記静電容量検出手段は、
クロック信号を発生するクロック信号生成手段と、
前記入力キーに人体が接近または接触したときの前記第１の電極の静電容量に応じて前記クロック信号に遅延処理を行なう遅延手段と、
前記遅延処理がなされた前記クロック信号と前記遅延処理がなされていない前記クロック信号とを入力し、前記遅延処理がなされたクロック信号の遅延量に応じて出力信号を出力する論理積手段と、
前記論理積手段の出力信号を平滑化してアナログ信号にする平滑手段と、
前記アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記ディジタル信号に基づいて人体が接近または接触した入力キーを検出する制御部と
を有していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の入力装置。