JP5758956B2 - 情報入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、情報入力装置に関する。

情報入力装置では、キー入力方式として、通常の（物理的）キーボードを使用する方式と、タッチパネル方式とがある。通常のキーボードの場合は、収納性がよくなく、また、本体との電気的な接続が必要であるといった課題がある。タッチパネル方式のソフトウェアキーボードは、通常のキーボードと比べてキー入力の手応えがなく、通常のキーボードに比してキー入力の操作性がよくないという課題がある。また、両方式の課題として、キーの変更が容易ではないという点が挙げられる。

タッチパネル方式としては、例えば、静電容量方式、光方式、抵抗膜方式、音響波照合（ＡＰＲ）方式、超音波表面弾性波（超音波）方式等の各種方式がある。また、上述の光方式として、ＰＳＤ（Planar Scatter Detection：平面散乱検出）方式が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

かかるＰＳＤ方式は、高解像度化及び低消費電力化が可能な方式として注目されている。ＰＳＤ方式では、ディスプレイの表面を覆うカバーガラスの端から内部に入射した光を用いてタッチ検出を行う。光は、カバーガラスの内部を光導波路のように全反射しながら、入射部と逆側の端にある検出器まで進行する。カバーガラスの表面をタッチすると、タッチの影響によって全反射の減衰が発生し、この全反射の減衰からタッチ位置等の検出を行う。

特表２０１３−５０８８５２号公報 特表２０１３−５０８８５１号公報 特開２０１１−４８５７１号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、操作性を高く、かつ、キーの変更が容易な情報入力装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、タッチパネルと、押圧に応じて上下動可能に構成された複数のキートップを有し、各キートップの底面にはキーの種類に応じた突起パターンが形成され、前記タッチパネルに載置可能なキーボードと、を備え、前記キーボードは、前記タッチパネル上に載置された状態において、前記キートップの底面がタッチパネルから離間している第１の状態と、前記キートップの底面がタッチパネルに接触している第２の状態とを保持可能であり、前記タッチパネルは、前記キートップが前記第２の状態にある場合の底面の突起パターンを検出して、検出した突起パターンに応じたキー入力を行うことを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記突起パターンは、文字、記号、数字、特殊文字、絵文字、アイコン、バーコード、印鑑、又は***であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記キーボードは、弾性体で形成されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記タッチパネルは、ＰＳＤ（Ｐｌａｎａｒ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式を使用することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記タッチパネルは、さらに、前記キートップが前記第２の状態にある場合の底面の突起パターンの変化を検出し、検出した変化に応じたキー入力を行うことが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記タッチパネルは、静電容量方式であり、前記突起パターンは導電部材で形成されていることが望ましい。

本発明によれば、操作性を高く、かつ、キーの変更が容易な情報入力装置を提供することが可能となるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るテーブル型ＰＣの外観構成を示す斜視図である。 図２は、図１のテーブル部の概略のＡ−Ａ断面図である。 図３は、図１のテーブル部の概略の平面図であり、ＰＳＤ方式に必要なＬＥＤ発光素子及び受光素子の配置例を示す図である。 図４−Ａは、キーボードの斜視図である。 図４−Ｂは、図４−Ａの模式的なＡ−Ａ断面図である。 図５は、図４−Ａのキーボードの１つのキートップ周辺の模式的断面図である。 図６は、キーボードがユーザからのキー入力操作を受けた状態を説明するための模式図である。 図７は、図１のテーブル型ＰＣの概略のハードウェア構成を示す図である。 図８は、キーボードがユーザからのキー入力操作を受けた状態の一例を説明するための模式図である（変形例１）。 図９は、キーボードがユーザからのキー入力操作を受けた状態の一例を説明するための模式図である（変形例２） 図１０はキーボードの他の構成例を示す図である。

以下、本実施の形態に係る情報入力装置の実施の形態について説明する。本発明の構成要素は、本明細書の図面に一般に示してあるが、様々な構成で広く多様に配置し設計してもよいことは容易に理解できる。したがって、本発明の装置、方法、およびプログラムの実施の形態についての以下のより詳細な説明は、特許請求の範囲に示す本発明の範囲を限定するものではなく、単に本発明の選択した実施の形態の一例を示すものであって、本明細書の特許請求の範囲に示す本発明と矛盾無く装置、システムおよび方法についての選択した実施の形態を単に示すものである。当業者は、特定の細目の１つ以上が無くても、または他の方法、部品、材料でも本発明を実現できることが理解できる。

（実施の形態）
以下、図面を参照して、本発明に係る情報入力装置を適用したテーブル型ＰＣについて説明する。図１〜図３を参照して、本実施の形態に係るテーブル型ＰＣ１の概略の外観構成を説明する。図１は、本実施の形態に係るテーブル型ＰＣ１の外観構成を示す斜視図である。図２は、図１のテーブル部の概略のＡ−Ａ断面図、図３は、図１のテーブル部の概略の平面図である。

図１に示すように、本発明の形態に係るテーブル型ＰＣ１は、テーブル部１００と、テーブル部１００を支持する脚部２００と、キーボード３００とを備えている。キーボード３００は、テーブル部１００のタッチパネル１３０（カバーガラス１３１）上に載置可能である。

テーブル部１００は、図２に示すように、前面側にＬＣＤ（液晶表示パネル）１２０が配置され、ＬＣＤ１２０上にＰＳＤ（Planar Scatter Detection）方式のタッチパネル１３０が配置されている。テーブル部１００は、略長方体である筐体１５０に、回路基板１４０、ＬＣＤ１２０、タッチパネル１３０が収納されている。筐体１５０は、例えば合成樹脂で構成することができる。タッチパネル１３０は、筐体１５０の額縁と略同一平面上に配置されている。

タッチパネル１３０は、図２及び図３に示すように、ＬＣＤ１２０上に配置されるカバーガラス１３１と、カバーガラス１３１の周囲に交互に配置されている、複数のＬＥＤ発光素子１３２及び複数の受光素子１３３と、検出制御回路（図７参照）とを備えている。ＬＣＤ１２０には各種情報や画像が表示される。ユーザはタッチパネル１３０を通してＬＣＤ１２０を視認することが可能となっている。

ＰＳＤ（Planar Scatter Detection）方式のタッチパネル１３０は、光の全反射の減衰に基づいて高分解能の検出が可能となっている。タッチパネル１３０では、複数のＬＥＤ発光素子１３２から出射された光は、カバーガラス１３１の端から内部に入射し、カバーガラス１３１の内部を光導波路のように全反射しながら、複数の受光素子１３３まで進行する。カバーガラス１３１の表面をタッチすると、タッチの影響によって、光の全反射の減衰が発生し、この光の全反射の減衰からタッチ位置等の検出が可能となっている。ＰＳＤ方式は公知であるので、その詳細な検出方法の説明を省略する。

本実施の形態では、操作性が高く、かつ、キーの変更が容易な情報入力装置を提供するために、キーボード３００に、押圧により上下動する複数のキートップを設け、各キートップの底面にキーの種類に応じた突起パターンを形成し、キーボード３００をタッチパネル１３０に載置した状態でキートップが押圧されると、その底面に形成された突起パターンがタッチパネル１３０に接触し、タッチパネル１３０により突起パターンを読み取ることでキー入力を行っている。

図４−Ａ〜図６は、キーボード３００の構成を説明するための図であり、図４−Ａは、キーボード３００の斜視図、図４−Ｂは、図４−Ａの模式的なＡ−Ａ断面図の一例、図５は、１つのキートップ周辺の模式的断面図の一例、図６は、キーボード３００がユーザからのキー入力操作を受けた状態の一例を説明するための模式図である。なお、図４−Ｂと図５においては、キーボードの形状が異なっているが、図４−Ｂと図５は、単にキーボードの構造の一例を示すものであり、いずれの形状としてもよい。

図４Ａ〜図５において、キーボード３００は、弾性力を有する材料で構成することができ、例えば、弾性体で全反射特性に影響を与えるうる材料が望ましく、例えば、ウレタン材料で構成することができる。キーボード３００は、フレーム部３０２と、ユーザの押圧に応じて上下動可能に構成された複数のキートップ３０１とを有している。フレーム部３０２は、操作対象のキートップ３０１を押すことによって、キーボード３００の全体がしなって、操作対象以外のキ−トップ３０１の底面がタッチパネル１３０に接触することを防止するために設けられている。また、全てのキートップ３０１間にフレーム部３０２の脚部３０２Ａが形成されている。脚部３０２Ａは、フレーム部３０２の外枠３０２Ｂよりも薄く形成することが望ましい。キートップ３０１は、断面視略逆台形形状を呈しており、その底面にはキーの種類に応じた突起パターン３０３が形成されている。例えば、キーボード３００のキートップ３０１とフレーム部３０２は、一体射出成型で形成してもよく、また、キートップ３０１とフレーム部３０２を別個に成型し、キートップ３０１をフレーム部３０２から取り外し可能に構成してもよい。突起パターン３０３は、例えば、文字、記号、数字、特殊文字、絵文字、アイコン、バーコード、印鑑、又は***等とすることができる。例えば、キーが「Ａ」の場合は、「Ａ」の突起パターンが形成されている。文字、記号、数字、特殊文字、絵文字（例えば、（^∧ｕ^∧）など）の場合は、その形状を認識して文字コードに変換して入力することができる。また、絵文字（例えば、OLE Object:Picture (Device Independent Bitmap）など）,アイコン、バーコード、印鑑、***などは、その形状そのものをイメージとして入力することができる。キーボード３００は、透明又は半透明の材料を使用して、底面の突起パターン３０３をユーザが視認できるように構成してもよい。この場合、突起パターンの表面を薄く着色することにしてもよい。また、キーボード３００のフレーム部３０２の設置面に突起パターンを形成し、システム側でこの突起パターンを検出して、キーボード３００の装着を認識し、自動的にキーボード使用モードに切り替える構成としてもよい。

キートップ３０１の底面はフレーム部３０２の脚部３０２Ａの底面よりも上方に配置されており、キートップ３０１が押圧されていない状態では地面に接触していない。図６に示すように、キーボード３００は、タッチパネル１３０上に載置された状態において、キートップ３０１の底面がタッチパネル１３０から離間している第１の状態と、キートップ３０１が押圧されて、その底面がタッチパネル１３０に接触している第２の状態とを維持することが可能である。タッチパネル１３０は、キートップ３０１の底面がタッチパネル１３０に接触している状態（第２の状態）で、突起パターン３０３を検出して、検出した突起パターン３０３に応じたキー入力を行う。

図７は、上記テーブル型ＰＣ１のハードウェアの構成を示す概略図である。テーブル型ＰＣ１は、同図に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、メモリ１０３、ＨＤＤ（ハードディスク）１０４、ＬＣＤ１２０と、グラフィクスアダプタ１０５と、タッチパネル１３０と、ＵＳＢポート１０６と、通信デバイス１０７と、電源回路１０８とを備えており、各部はバスを介して直接または間接的に接続されている。

ＣＰＵ１０１は、バスを介して接続されたＨＤＤ１０４に格納されたＯＳ１１１によりＰＣ１全体の制御を行うとともに、ＨＤＤ１０４に格納された各種のプログラムに基づいて処理を実行する機能を司る。ＲＯＭ１０２は、ＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ：基本入出力システム）１０２ａやデータ等を格納している。

メモリ１０３は、キャッシュメモリやＲＡＭで構成されており、ＣＰＵ１０１の実行プログラムの読み込み領域として、実行プログラムの処理データを書き込む作業領域として利用される書き込み可能メモリである。

ＨＤＤ（ハードディスク）１０４は、例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＸＰ，ＶＩＳＴＡ、７、８等のテーブル型ＰＣ１全体の制御を行うためのＯＳ１１１、周辺機器類をハードウェア操作するための各種ドライバ１１２、タッチパネル１３０の入力指示に従って、ＬＣＤ１２０の表示画面の表示処理や他の処理を実行するための他のアプリケーションプログラム１１４等を記憶する機能を有する。各種ドライバ１１２は、例えば、タッチパネル１３０をハードウェア操作するためのタッチパッドドライバ１１２ａやＬＣＤ１２０をハードウェア操作するための表示ドライバ１１２ｂ等である。

グラフィクスアダプタ１０５は、ＣＰＵ１０１の制御に従って、表示情報をビデオ信号に変換し、変換したビデオ信号をＬＣＤ１２０に出力する。ＬＣＤ１２０は、ＣＰＵ１０１の制御に従って、各種情報を表示する機能を有している。通信デバイス１０７は、ネットワークを介してデータの送受信を行うためのものである。

電源回路１０８は、ＡＣアダプタ、インテリジェント電池、インテリジェント電池を充電するための充電器、およびＤＣ／ＤＣコンバータ等を備えており、ＣＰＵ１０１の制御に従って、各デバイスに電力を供給する。

タッチパネル１３０は、ユーザが入力操作を行うためのユーザインターフェースであり、ユーザが、ＬＣＤ１２０の画面に表示される各種メニュー、アイコン、ボタン、およびキーボード等の画面オブジェクトを選択して入力操作を行ったり、テキストの入力操作や、スクロールやスワイプ等の画面操作を行うためのものである。また、タッチパネル１３０では、上述したように、キーボード３００を使用したキー入力が可能となっている。

タッチパネル１３０は、カバーガラス１３１（図２及び図３参照）の周囲に交互に配置されている、複数のＬＥＤ発光素子１３２及び複数の受光素子１３３と、検出制御回路１３４とを備えている。検出制御回路１３４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、ＬＥＤ発光素子のドライバ回路、受光素子の検出フロントエンド回路、Ａ／Ｄ変換回路等を備えており、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに従って、タッチパネル１３０の動作を制御する。検出制御回路１３４は、ＬＥＤ発光素子１３２を発光させ、受光素子１３３はその光量に応じた電気信号を受光信号として、検出制御回路１３４に出力する。カバーガラス１３１の表面がタッチされると、タッチの影響によって光の散乱が発生する。検出制御回路１３４は、受光素子１３３から入力される受光信号（タッチの影響による光の全反射の減衰に応じた受光信号）に基づいて、タッチ位置やタッチした物体の形状等の検出を行い、検出結果をＣＰＵ１０１に出力する。

つぎに、キーボード３００及びタッチパネル１３０によるキー入力の動作の一例を説明する。ユーザは、キーボード３００をタッチパネル１３０のカバーガラス１３１上に載置する（図１参照）。次に、ユーザは、キーボード３００の所望のキートップ３０１を押圧し、キートップ３０１の底面をカバーガラス１３１にタッチさせる。キートップ３０１の底面がカバーガラス１３１にタッチすると、タッチの影響によってＬＥＤ発光素子１３２からカバーガラス１３１の内部に出射された光が散乱する。検出制御回路１３４は受光素子１３３から入力される受光信号に基づいて、キートップ１３１の底面に形成された突起パターン３０３（の形状）を検出し、検出した突起パターン３０３に対応したキーをＣＰＵ１０１に出力する（例えば、突起パターンが「Ａ」の文字パターンである場合は、「Ａ」を出力する）。なお、検出制御回路１３４がキートップ３０１の底面に形成された突起パターン３０３の形状を検出することとしたが、タッチパネルドライバ１１２ａが突起パターン３０３の形状を検出することにしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、タッチパネル１３０と、押圧に応じて上下動可能に構成された複数のキートップ３０１を有し、各キートップ３０１の底面にはキーの種類に応じた突起パターン３０３が形成されており、タッチパネル１３０に載置可能なキーボード３００と、を備え、キーボード３００は、タッチパネル１３０上に載置された状態において、キートップ３０１の底面がタッチパネル１３０から離間している第１の状態と、キートップ３０１の底面がタッチパネル１３０に接触している第２の状態とを保持可能であり、タッチパネル１３０は、キートップ３０１が第２の状態にある場合の底面の突起パターン３０３を検出して、検出した突起パターン３０３に応じたキー入力を行うこととしたので、操作性を高く、かつ、キーの変更が容易な情報入力装置を提供することが可能となる。

また、突起パターン３０３は、文字、記号、数字、特殊文字、絵文字、アイコン、バーコード、印鑑、又は***であることとしたので、通常のキーボードにはない、特殊文字、絵文字、アイコン等を簡単にキーボードに追加することが可能となる（弾性体でキーボードを形成するため、突起パターンを変更したキーボードを比較的簡単に製造することができる。）。また、言語別のキーボードも比較的容易に製造可能である。

また、キーボード３００を弾性体で形成することとしたので、薄い・軽い・折り曲げが可能・丸めての収納が可能である。また、本体とキーボード３００の電子的接続が不要である。また、ソフトウェアキーボードと比較して、キー入力の操作性を向上することができる。キーボード３００のキートップ３０１の底面がタッチパネル１３０に当たるので、ユーザはキーインのレスポンスを感じることができる。また、キートップ３０１の材質・形状によりＨａｐｔｉｃｓ（触覚）をもたせることも可能である。

また、タッチパネル１３０はＰＳＤ方式を使用しているので、高精度に突起パターン３０３を検出することが可能となる。

（変形例）
タッチパネル１３０は、さらに、キーボード３００のキートップ３０１の底面がタッチパネル１３０に接触している場合（第２の状態）の押圧に応じた突起パターンの変化を検出し、検出した変化に応じたキー入力を行うことにしてもよい。図８は、キーボード３００がユーザからのキー入力操作を受けた状態の一例を説明するための模式図である。

例えば、図８に示すように、キーボード３００のキートップ３０１を押して、キートップ３０１の底面をタッチパネル１３０に接触させ（状態Ａ）、さらに、キートップを強く押すことで、底面をつぶして広い面積でタッチパネル１３０に接触させる（状態Ｂ）。タッチパネル１３０は、接触面積を検出し、接触面積の変化に応じて、キー入力の内容を変更することにしてもよい。例えば、キートップ３０１の底面にアルファベットの文字が突起パターン３０３として形成されている場合に、状態Ａでは、小文字のキー入力、状態Ｂでは、大文字のキー入力としてもよい。なお、ここでは、２値的表現（小文字と大文字）としているが、３値以上を表現してもよい。この場合、例えば、キートップ３０１の形状を逆円錐状とすることで、接触面積の段階的検出が容易となる。

タッチパネル１３０は、さらに、キーボード３００のキートップ３０１の底面の水平方向成分（ＸＹ成分）の接触面積を検出し、水平方向成分の接触面積に応じた処理を行うことにしてもよい（例えば、接触面積が大きくなる方向の字の大きさ変化させたり、接触面積が大きくなる方向にカーソルや画像を移動させる）。図９は、キーボード３００がユーザからのキー入力操作を受けた状態の一例を説明するための模式図である。図９に示す例では、キートップ３０１の左側が押圧されて、突起パターン３０３の左側方向の接触面積（点線部分）が大きくなっている状態を示している。

例えば、水平方向成分の接触面積が大きくなる方向にカーソルを移動可能に構成することで、ポインティングデバイスとして使用することができる。この場合、例えば、専用キーとしても、通常のキーとしても使用することができる（例えば、右手中指のＫキーをトラックポイントに利用することで、ホームポジションから手の移動が不要となる。）

また、上述の突起パターン３０３として個人ＩＤのキャラクタを形成し、この個人ＩＤのキャラクタをタッチパネル１３０で読み取って個人認証を行うことにしてもよい。

図１０は、キーボード３００の構造の変形例を説明するための図である。図４−Ｂでは、全てのキートップ３０１間に脚部３０２Ａを形成した構成であるが、図１０に示すように、全てのキートップ３０１間に脚部３０２Ａを形成する必要はなく、複数のキートップ３０１毎に脚部３０２Ａを形成することにしてもよい。

また、上記実施の形態では、ＰＳＤ方式のタッチパネルを使用することとしたが、静電容量方式のタッチパネルを使用することにしてもよく、この場合、突起パターンは導電性部材で形成することが望ましい。

上記実施の形態では、テーブル型ＰＣを例示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、タブレット型ＰＣやスマートフォン等の各種情報処理装置に適用可能である。

以上のように、本発明にかかる情報入力装置は、キーボード及びタッチパネルを使用する各種情報入力装置に利用可能である。

１ テーブル型ＰＣ
１００ テーブル部
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ メモリ
１０４ ＨＤＤ
１０５ グラフィクスアダプタ
１０６ ＵＳＢポート
１０７ 通信デバイス
１２０ ＬＣＤ
１３０ タッチパネル
１３１ カバーガラス
１３２ ＬＥＤ発光素子
１３３ 受光素子
１３４ 検出制御回路
１４０ 回路基板
１５０ 筐体
２００ 脚部
３００ キーボード
３０１ キートップ
３０２ フレーム部
３０３ 突起パターン

Claims (6)

1. タッチパネルと、
   フレーム部と、当該フレーム部に取り外し可能に形成された複数のキートップとを有し、各キートップは、押圧に応じて上下動可能に構成され、かつ、各キートップの底面にはキーの種類に応じた突起パターンが形成されており、前記タッチパネルに載置可能なキーボードと、
   を備え、
   前記キーボードは、前記タッチパネル上に載置された状態において、前記キートップの底面がタッチパネルから離間している第１の状態と、前記キートップの底面がタッチパネルに接触している第２の状態とを保持可能であり、
   前記タッチパネルは、前記キートップが前記第２の状態にある場合の底面の突起パターンを検出して、検出した突起パターンに応じたキー入力を行うことを特徴とする情報入力装置。
2. 前記突起パターンは、文字、記号、数字、特殊文字、絵文字、アイコン、バーコード、印鑑、又は***であることを特徴とする請求項１に記載の情報入力装置。
3. 前記キーボードは、弾性体で形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の情報入力装置。
4. 前記タッチパネルは、さらに、前記キートップが前記第２の状態にある場合の底面の突起パターンの変化を検出し、検出した変化に応じたキー入力を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の情報入力装置。
5. 前記タッチパネルは、ＰＳＤ（Ｐｌａｎａｒ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式を使用したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の情報入力装置。
6. 前記タッチパネルは、静電容量方式であり、前記突起パターンは導電部材で形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の情報入力装置。
   

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