JP5503652B2 - 回転ホイールを備えた入力デバイス - Google Patents

Description

本発明は、電子装置、特にリモートコントロール用の回転ホイールを備えた入力デバイスに関する。更に、本発明は、斯様な入力デバイスを備えた電子装置に関する。

例えばスクロール動作のために用いられる回転ホイールを備えた入力デバイスは、米国特許出願公開第２００７／０２４７４２１号明細書で述べられている。このデバイスのホイールは、プリント回路基板（ＰＣＢ）に取り付けられ、電子デバイスのケーシングの穴を介して延在する。ホイールの回転は、容量性センサにより電気信号に変換される。

この状況に基づいて、本発明の目的は、小さい厚さ、好ましくは１０ｍｍよりも小さい厚さ、最も好ましくは５ｍｍよりも小さい厚さで実現され得る電子装置用の入力手段を提供することである。

この目的は、請求項１の入力デバイス及び請求項１５の電子装置により達成される。好ましい実施形態が従属請求項に開示される。

本発明の入力デバイスは、電子装置、例えばポータブルコンピュータのカードスロットに取り付けられ得るリモートコントロールにおけるアプリケーションを対象としている。本入力デバイスは、以下の要素を有する。
− 参照の目的で以下において"上面"及び"底面"と呼ばれる２つの反対面、及び、開口部をもつプリント回路基板。開口部は、プリント回路基板の材料により完全に取り囲まれた内側開口部であり得るか、又は、外側に接続された湾状（bay-shaped）開口部であり得る。
− プリント回路基板の前記開口部に取り付けられ、プリント回路基板の上面よりも上に延在する回転ホイールをもつ"回転ホイールモジュール"。回転ホイールは、ユーザにより触られて操作され得る要素を構成し、この操作は、通常、中心軸周りの回転ホイールの回転を有する。
− 前記回転ホイールの操作に対応する電気信号を生成するための信号生成器。前記信号生成器は、プリント回路基板に（電気的及び／又は機械的に）接続される。前記信号生成器は、例えば、電気回路を閉又は開にするスイッチを有し、好ましくはプリント回路基板の底面に接続される。

前述した入力デバイスは、回転ホイールモジュールがプリント回路基板の開口部に一体化されるので、入力デバイスが極めて薄く作られ得るという利点をもつ。それ故、信号生成器により生成された信号の処理（増幅、変換、評価等）のための通常の電子部品を有し得るプリント回路基板、及び、回転ホイールモジュールは、同一層に配置され得る。これらの部品が互いに積層される通常のデザインと比較して、その高さの約半分しか必要とされない。実際に、５ｍｍよりも小さい厚さをもつ入力デバイスがこの手法で実現され得る。

回転ホイールモジュールは、好ましくは、回転ホイールが回転可能に取り付けられる下部キャリッジ（undercarriage）を有し得る。これは、例えば、好ましくは下部キャリッジから回転ホイールの意図的でない分離を阻止するためのスナップ方式のメカニズムで、回転ホイールを下部キャリッジの軸に取り付けることにより実現され得る。

前記下部キャリッジは、好ましくは、プリント回路基板の対応する穴への配置に適した少なくとも１つの調節ピンを有し得る。この手法において、下部キャリッジがプリント回路基板に対する的確な位置に容易に取り付けられ、それ故、回転ホイールモジュールが十分な隙間をもち、開口部において詰らないことを保証する。

好ましくは、前記下部キャリッジは、プリント回路基板、最も好ましくはこの基板の底面に機械的に取り付けられる。それ故、プリント回路基板と回転ホイールモジュールとの間の堅固な接続が確立され得る。

一般に、信号生成器は、回転ホイールモジュールの入力操作を電気信号に変換するための任意の適切な手段又は原理を適用してもよい。これは、例えば、回転ホイールの動作の光学的な、磁気的な、容量性の、伝導性の、又は、誘導的な感知を有する。好ましい実施形態において、信号生成器は、回転ホイールの歯により動作され得るレバーを備えたレバースイッチを有する。機械的なレバースイッチの使用は、信号を生成可能な信号生成器に電力を連続的に供給する必要がないという利点をもつ。これは、入力デバイスの電力消費を最小にすることを可能にする。

前記レバースイッチは、好ましくは、プリント回路基板の底面に取り付けられ、それ故、利用可能な小さな空間内に入力デバイスの部品を最適に分配する。更に、レバースイッチを動作させる回転ホイールの歯が、回転ホイールのロック位置の間に、プリント回路基板に触れる危険性がない。

回転ホイールに加えて、入力デバイスは、入力要素、特に下部キャリッジに取り付けられたボタンを更に有し得る。最も好ましくは、前記ボタンは、前述されたデザインにおける回転ホイールと同じ下部キャリッジに取り付けられる。ボタンは、例えば、ユーザがこれを押圧することによりリストにおいて行われた選択を確認するために用いられ得る。

前述した実施形態の更なる発展において、ボタンは、回転ホイールの中心開口部に非回転的に取り付けられる。それ故、これは、回転ホイールを動作させる同一の指により容易に達成され得る。更に、ボタンは、回転ホイールの回転に関わらず、これは、ボタン上にプリントされた記号が入力デバイスに対して向きを変えることを阻止する。

本発明の更なる発展によれば、回転ホイールモジュールは、回転ホイール及び／又はボタンにより動作され得る少なくとも１つの電気スイッチを備えた回路層を有する。このスイッチを動作させる回転ホイールの移動は、好ましくは回転とは異なり、例えばホイール全体又は（ホイールが縁辺部で押されたときには）その縁部の下向きの移動を有し得る。

前記回路層は、非常にコンパクトなデザインをもつ電気スイッチを実現するための少なくとも１つの金属ドームをオプション的に有し得る。金属ドーム（又は"金属スナップドーム"、"触知性金属ドーム"）は、プリント回路基板、フレックス回路又は膜と組み合わせて用いられるときに通常の開触知性（normally-open tactile）スイッチになる瞬間のスイッチ接触である。

前記回路層は、好ましくは、可塑性回路基板、例えばその表面上に伝導トラックをもつ可塑性基体により実現される。それ故、回路層の厚さが最小化され得る。

好ましい実施形態によれば、回路層は、プリント回路基板の底面に取り付けられたコネクタに接続される。それ故、回路層とプリント回路基板との間の可逆的プラグインを実現することが可能となる。更に、電気接続は、プリント回路基板上の読み出し、信号処理及びデータ出力要素を用いることを可能にする。

入力デバイスは、回転ホイールモジュールがプリント回路基板とハウジング要素との間に挟まれるハウジング要素を更に有し得る。それ故、回転ホイールモジュールをプリント回路基板に恒久的に取り付ける必要なく、安定した装置が実現され得る。

プリント回路基板が、通常、信号生成器により生成された信号を処理するための電気回路を有することが既に述べられた。好ましくは、この電気回路は、削減された（又はオフに切り替えられた）電力消費をもつスリープモードにし、このスリープモードは、回転ホイールモジュールの操作時に許可される。回転ホイールモジュールが、通常開であり回転ホイールモジュールの動作の間にのみ閉になるスイッチをもつ場合には、電力消費がゼロ又はほぼゼロに削減され得る。

本発明は、更に、前述された種類の入力デバイスを有する電子装置に関する。電子装置は、特に、リモートコントロール、ポータブルコンピュータ、携帯電話機、ミュージックプレーヤ、ゲームデバイス、デジタルカメラ又はカードスロット用のカードであり得る。

本発明のこれら及び他の態様は、後述される実施形態から明らかになりこれらの実施形態を参照して説明される。これらの実施形態は、添付図面を用いて例の態様により述べられるだろう。

完全に組み立てられた状態の本発明の入力デバイスを示す。 入力デバイスの分解図を示す。 組み立てられた状態の入力デバイスの回転ホイールモジュールを示す。 回転ホイールモジュールの分解図を示す。 部分的に組み立てられた状態の回転ホイールモジュールの分解図を示す。 入力デバイスのレバースイッチの上面図を示す。 プリント回路基板に取り付けられた回転ホイールモジュールを示す。

図中の同様の参照番号は、同一又は類似の要素に言及する。更に、図６以外の全ての図面は斜視図を示している。

図面に示された入力デバイス１の実施形態は、ポータブルコンピュータ（図示省略）のスロットに取付可能なリモートコントロールとして用いられ得る。図１は、完全に組み立てられた状態の入力デバイス１を示している。この特定のデザインにより、入力デバイスは、約４．９ｍｍの厚さしかもたない。以下でより詳細に説明される入力デバイス１の主要なデザインの特徴は以下のとおりである。
− プリント回路基板（ＰＣＢ）のスロット又は開口部内に配置された回転ホイールモジュール。
− 回転ホイールモジュールのアンダーキャリッジがより小さな回路層又は"サブＰＣＢ"に接合される。
− 金属ドームが前記小さなサブＰＣＢに取り付けられる。
− サブＰＣＢは、コネクタを介してＰＣＢに接続される。
− 全体としての回転ホイールモジュールは、底部プラスチック部分とＰＣＢとの間のサンドイッチとして或る位置にロックされる。
− レバースイッチは、ＰＣＢの底面上に配置され、回転ホイールの歯により動作される。
− 回転ホイールモジュールは、追加の"ＯＫ"ボタンをもつ。

図２は、入力デバイス１を分解図で示している。（下から上の）以下の要素が認められ得る。
− ハウジング要素３０２（射出成型部分）と透明赤外線窓３０１とハウジング要素３０２にコイン型バッテリ３０３を閉じ込めるためのバッテリ蓋３０４とをもつボタン部分３００。
− 以下で詳細に述べられる回転ホイールモジュール１００。
− 無線通信のためのＩＲ ＬＥＤ及び信号処理回路を備えたプリント回路基板２００（ＰＣＢ）。更に、ＰＣＢ２００は、回転ホイールモジュール１００が取り付けられる円形開口部２０１をもつ。これは、ネジ２０２によりハウジング３０２に固定される。図面において見えるＰＣＢ２００の表面は、以下において"上面"Ｔと呼ばれ、その一方で、反対面は"底面"Ｂである。
− 回転ホイールモジュール１００のための円形開口部４０１と、入力キーとして機能するドーム４０２とをもつカバー要素４００。カバー要素４００は、特に、これにプリントされた記号及び／又はテキストをもつプラスチック部分であり得る。

図３は、レバースイッチ２１０及びフレックスコネクタ２２０と一緒に組み立てられた状態における述べられた回転ホイールモジュール１００を独立して示す。

図４は、前記の要素を分解図で示している。回転ホイールモジュール１００の以下の要素が認められ得る。
− 回転ホイール２０の中心開口部に配置されたプレスボタン１０。
− 回転ホイール２０及びボタン１０が取り付けられる下部キャリッジ３０。
− ５つの金属ドーム４１をもつ金属ドームアセンブリ４０。
− コネクタ２２０にプラグ接続され得る導電トラックのストライプ５１をもつフレックス回路５０（"サブＰＣＢ"）により実現された回路層。フレックス回路５０は、金属ドームの動作のための回路フットプリントを有する。組み立てられた状態において、これは、後に下部キャリッジ３０に付着する金属ドームアセンブリ４０に付着する。フレックス回路の使用は、これらの部品が、通常、非常に薄いという利点をもつ。

図５は、フレックス回路５０、金属ドームアセンブリ４０及び下部キャリッジ３０が一緒に接着された回転ホイールモジュール１００の他の図を示す。下部キャリッジ３０が十字状に配置された４つのアーム３１を有し、これらの上部に調節ピン３２をもつことが見られる。調節ピン３２は、前記板に対する回転ホイールモジュール１００の的確な位置を提供するためにＰＣＢ２００の対応する穴又はボアに挿入され得る。

図５は、下部キャリッジ３０の環状本体部上に均等に分配された４つのトング又はプランジャ３３を更に示している。プランジャ３３の先端部は、環状本体部の材料から切り離されており、金属ドームアセンブリ４０（図４）の４つの外側金属ドーム４１の上に配置される。従って、プランジャ３３の押圧は、関連する金属ドーム及びフレックス回路５０を作動させ、それ故、対応する電気信号を生成する。

回転ホイール２０は、その中心の周りをいずれかの方向に自由に回転することができる。ユーザが周辺位置で回転ホイール２０を押した場合には、生ずる傾斜又はロック動作は、当該位置の下のプランジャ３３に押圧させることをもたらし、これは、述べられた金属ドーム動作をもたらす。金属ドーム４１とプランジャ３３との間、並びに、プランジャと回転ホイール２０との間の接触は、回転ホイール２０が静止しているとき及びその回転の間に回転ホイール２０を安定させる。

下部キャリッジ３０の中心は、ボタン１０の凹部１１と係合する内側捕獲部３４を有し、それ故、ボタン１０を下部キャリッジに結合する。ボタン１０のリブ構造により、ボタンは、回転するのを阻止される。それ故、これにプリントされた任意のテキストは、その向きを維持し、回転ホイール２０の回転に関与しない。プレスボタン１０は、金属ドームアセンブリ４０の中心金属ドーム上にあり、当該金属ドームを作動させるのに十分な下方への小さな距離を自由に動くことができる。

下部キャリッジ３０の中心は、回転ホイール２０の対応する溝部と係合する外側捕獲部３５を更に有し、それ故、これを、その中心の周りをいずれかの方向に自由に回転できるような態様でスナップ式メカニズムにより下部キャリッジ３０に結合する。

回転ホイール２０がユーザにより回転されたときに、その複数の歯２１は、レバースイッチ２１０のレバー２１１を"左"又は"右"のいずれかに偏向させ、これは、対応する電気信号を生成する。回転ホイール２０とレバー２１１との間のインタラクションは、図６の上面図においてより詳細に示される。

図７は、プリント回路基板２００に対する回転ホイールモジュール１００の取付を示している。プリント回路基板２００は、ホイールモジュールをより見え易くするために部分的に分割されている。下部キャリッジ３０のアーム３１上の調節ピン３２は、ＰＣＢ２００の底面上のボアと係合する。レバースイッチ２１０は、ＰＣＢの底面に半田付けされ、それ故、これを電気的に接続し機械的に固定する。同様に、コネクタ２２０は、機械的及び電気的接続のためにＰＣＢの底面に半田付けされる。

ＰＣＢ２００の開口部２０１への回転ホイールモジュール１００の配置は、極めて薄いデザインを可能にするという利点をもつ。更に、これは、回転ホイールがユーザの押動作により傾けられた場合であっても、回転ホイール２０の歯２１がレバースイッチ２１０のレバー２１１にしっかりと係合するのに十分長く作られ得るので、信頼性のあるホイール動作を提供する。後者の場合において、回転ホイールモジュールがプリント回路基板上に取り付けられる場合に当てはまるような、（長い）歯２１が電子部品と干渉する危険性はない。

機械的なレバースイッチ２１０の使用は、バッテリの寿命に対して利点をもつ。その機械的なデザインにより、スイッチ２１０のレバー２１１は、常に動作して対応する読み出し回路をオンにできる状態にある。これは、電気回路が、バッテリの不必要な排出を回避するスリープモードとすることを可能にする。これに対して、光学的、磁気的、容量性又は他の電子感知メカニズムに基づく入力デバイスは、連続的な電力供給を必要とするだろう。

入力デバイスの他の利点は、入力デバイスのパーツが薄く標準的なプラスチックから作られ得るので、入力デバイスが非常にコスト効率のよい手法で生成され得ることである。更に、標準的な既製品が、レバースイッチやフレックスコネクタのような部品のために用いられ得る。

要約すると、本発明は、スクロール制御及びナビゲーションカーソル制御のための回転ホイールシステムをもつ薄型製品用のスクロールホイールデザインを提案する。ナビゲーションカーソル制御は、例えば上、下、左、右及び中央の作動からなる。述べられた特定の実施形態において、ホイールは、下部キャリッジサポートに取り付けられこの周りを回転する。ホイールは、回転の間、スイッチレバーをブラシ及び偏向させる複数の歯をもち、これによりスクロールのための信号を活性化させる。更に、下部キャリッジは、ホイールを安定させるプランジャをもつ。ホイールがその上、下、左又は右方向に押されたときには、プランジャはその後偏向し、金属ドームを下方に作動させる。これは、カーソル制御のための信号を活性化させる。また、下部キャリッジは、中心キーを取り付けるための中心部分をもち、これは、５番目の金属ドームを下方に動作させるのに十分な垂直距離を移動することができ、これは、確認又はいわゆる"ＯＫ"キーとしての信号を活性化させる。

スイッチレバー及び金属ドームの双方は、ＰＣＢに取り付けられ、ユーザの指／親指の移動を電気信号に変換するための手段を提供する。入力デバイスは、ＰＣＭＣＩＡ又はエクスプレスカード遠隔制御製品と組み合わせて特に用いられ得る。

最後に、本願において、"有する"という用語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、単数表記は、複数を除外するものではなく、単一のプロセッサ又は他のユニットが幾つかの手段の機能を満たしてもよいことが指摘される。本発明は、それぞれの新規な特徴及びこれらの特徴のそれぞれの組み合わせに属する。更に、請求項における参照符号は、これらの範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。

Claims (9)

1. 電子装置用の入力デバイスであって、
   上面、底面及び開口部をもつプリント回路基板と、
   前記開口部に取り付けられ、前記プリント回路基板の上面の上に配置された回転ホイールをもつ回転ホイールモジュールと、
   前記回転ホイールの動作に対応する電気信号を生成する信号生成部とを有し、
   前記信号生成部が前記プリント回路基板に接続され、
   前記回転ホイールモジュールは、前記回転ホイールが回転可能に取り付けられた下部キャリッジを有し、
   前記下部キャリッジは、前記プリント回路基板の対応する穴への配置のための少なくとも１つの調節ピンを有する、入力デバイス。
2. 前記下部キャリッジは、前記プリント回路基板の前記底面に取り付けられる、請求項１に記載の入力デバイス。
3. 電子装置用の入力デバイスであって、
   上面、底面及び開口部をもつプリント回路基板と、
   前記開口部に取り付けられ、前記プリント回路基板の上面の上に配置された回転ホイールをもつ回転ホイールモジュールと、
   前記回転ホイールの動作に対応する電気信号を生成する信号生成部とを有し、
   前記信号生成部が前記プリント回路基板に接続され、
   前記信号生成部は、前記回転ホイールの歯により作動され得るレバーをもつレバースイッチを有する、入力デバイス。
4. 前記レバースイッチは、前記プリント回路基板の前記底面に取り付けられる、請求項３に記載の入力デバイス。
5. 電子装置用の入力デバイスであって、
   上面、底面及び開口部をもつプリント回路基板と、
   前記開口部に取り付けられ、前記プリント回路基板の上面の上に配置された回転ホイールをもつ回転ホイールモジュールと、
   前記回転ホイールの動作に対応する電気信号を生成する信号生成部と、
   下部キャリッジに取り付けられるボタンとを有し、
   前記信号生成部が前記プリント回路基板に接続され、
   前記ボタンは、前記回転ホイールの中心開口部に非回転的に取り付けられる、入力デバイス。
6. 電子装置用の入力デバイスであって、
   上面、底面及び開口部をもつプリント回路基板と、
   前記開口部に取り付けられ、前記プリント回路基板の上面の上に配置された回転ホイールをもつ回転ホイールモジュールと、
   前記回転ホイールの動作に対応する電気信号を生成する信号生成部とを有し、
   前記信号生成部が前記プリント回路基板に接続され、
   前記回転ホイールモジュールは、前記回転ホイール及び／又はボタンにより操作され得る少なくとも１つのスイッチをもつ回路層を有し、
   前記回路層は、少なくとも１つの金属ドームを有する、入力デバイス。
7. 電子装置用の入力デバイスであって、
   上面、底面及び開口部をもつプリント回路基板と、
   前記開口部に取り付けられ、前記プリント回路基板の上面の上に配置された回転ホイールをもつ回転ホイールモジュールと、
   前記回転ホイールの動作に対応する電気信号を生成する信号生成部と、
   ハウジングエレメントとを有し、
   前記信号生成部が前記プリント回路基板に接続され、
   前記回転ホイールモジュールは、前記プリント回路基板と前記ハウジングエレメントとの間に挟まれる、入力デバイス。
8. 電子装置用の入力デバイスであって、
   上面、底面及び開口部をもつプリント回路基板と、
   前記開口部に取り付けられ、前記プリント回路基板の上面の上に配置された回転ホイールをもつ回転ホイールモジュールと、
   前記回転ホイールの動作に対応する電気信号を生成する信号生成部とを有し、
   前記信号生成部が前記プリント回路基板に接続され、
   前記回路基板上の回路は、前記回転ホイールモジュールの動作時に許可されるスリープモードとする、入力デバイス。
9. 請求項１−８のうちいずれか一項に記載の入力デバイスを有する、電子装置。

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