JP7429845B2 - 入力装置、及び入力システム - Google Patents
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Description
(1)概要
図1Aは実施形態1に係る入力装置1の断面図である。図1Bは入力装置1の等価回路図である。図2は入力装置1の斜視図である。図3Aと図3Bは入力装置1の動作時の模式的な断面図である。図4は入力装置1の分解斜視図である。図5は入力装置1の平面図である。図6Aから図6Cは入力装置1の断面図である。図7は入力装置1における荷重とストロークの相関を表すグラフである。図1Aの断面図は図2に示す入力装置1の線IA-IAにおける断面を示す。図6Aの断面図は図2に示す入力装置1の線VIA-VIAにおける断面を示す。図6Bの断面図は図2に示す入力装置1の線VIB-VIBにおける断面を示す。図6Cの断面図は図2に示す入力装置1の線VIC-VICにおける断面を示す。
(2.1)全体構成
以下、本実施形態に係る入力装置1、及び入力システム100の全体構成について、図1Aから図8を参照しながら詳しく説明する。なお、図2及び図5において上方向Duと下方向Ddと左方向Dlと右方向Drと前方向Dfと後方向Dbとを規定する。左方向Dlと右方向Drとは上方向Duと下方向Ddとに直角である。前方向Dfと後方向Dbとは左方向Dlと右方向Drと上方向Duと下方向Ddとに直角である。ただし、これらの方向は入力装置1の方向を規定する趣旨ではない。また、図面中の各方向を示す矢印は説明のために表記しているに過ぎず、実体を伴わない。
入力装置1のハウジング10は、図1A及び図4に示すように、感触部S1と感圧部S2,S3とプッシュ板131、132、14とを収容する。ハウジング10はカバーフィルム11とボディ12とを備えている。ボディ12は、扁平な四角形(例えば正方形)状を有する箱形状を有し、上方向Duの入力装置1の面17には開口が設けられている。カバーフィルム11は、四角形状を有するフィルムである。カバーフィルム11は、ボディ12の面17の開口を覆うようにボディ12の面17に取り付けられる。図5の平面図はカバーフィルム11をボディ12に取り付ける前の入力装置1を示す。
感触部S1は、図6Bに示すように、カバーフィルム11とプッシュ板14と弾性部材31と可動電極32と絶縁シート16と固定電極73と端子731とを有している。
2つの感圧部S2,S3は、上述の通り、感圧式のセンサであり、押圧面30の押圧方向(下方向Dd)から見たときに感触部S1の側面(左右方向)に配置されている(図2及び図5参照)。感圧部S2,S3のそれぞれと感触部S1とは両側に隣接して配置されている。ここでは2つの感圧部S2,S3は互いに同じ構成を有しているが、互いに異なる構成を有してもよい。
入力システム100の制御部9は、例えば、CPU(Central Processing Unit)及びメモリを主構成とするマイクロコントローラにて構成されている。言い換えれば、制御部9は、CPU及びメモリを有するコンピュータにて実現されており、CPUがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、コンピュータが制御部9として機能する。プログラムは、ここではメモリに予め記録されているが、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
入力装置1に対する中心押しの操作について説明する。中心押しとは、感触部S1とそれに隣接する感圧部S2、S3が均等に押圧される操作である(図3A参照)。この操作では、感触部S1の上方向Duすなわち突起T101の上方向Duから操作板T1を下方向Ddに押す。まず、感触部S1すなわち操作板T1が押圧される前の状態について説明する。この状態での感触部S1の前後方向の断面図を図6Bに示す。可動電極32と絶縁シート16と固定電極73とによりコンデンサC1が形成されている。本実施形態では、ドーム形状の弾性部材31の押圧面30の反対側の下面に可動電極32が一体形成されているので、可動電極32と絶縁シート16の間に空隙が生じている。このため、コンデンサC1の静電容量Caは非常に小さい。
以下、入力装置1の使用方法について簡単に説明する。
上記実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、上記実施形態に係る入力システム100と同様の機能は、入力システム100の制御方法、コンピュータプログラム、又はコンピュータプログラムを記録した非一時的記録媒体等で具現化されてもよい。
本変形例では、基本例の構成に対して、図4において、導電シート141,142の代わりに、電気絶縁性を有する絶縁弾性体が設けられている点が基本例とは異なる。この場合、絶縁弾性体は、例えば、誘電性エラストマのように、比較的高い誘電率を有することが好ましい。導電シート141,142に代えて絶縁弾性体を設ける場合、絶縁シート151,152は省略可能である。この場合、絶縁シート16も省略する観点から、絶縁シート16に代えて絶縁弾性体を用いるのが好ましい。
図9は変形例2に係る入力装置1の可動電極32、313、314の斜視図である。本変形例では、固定電極74,711の一部と可動電極313との間の容量変化と、固定電極72,712の一部と可動電極314との間の容量変化とを出力する入力装置1について記載する。本変形例においても、固定電極711,712は連結部6を介して接続され、かつ端子722,742を通じて接地されている。さらに、本変形例では、可動電極313,314、32は連結部18(図9参照)により互いに接続されて形成されている可動一体電極31aを有する。固定一体電極71は端子722,742を通じて接地されている。この場合、入力装置1は、固定電極74と可動電極313との間の容量変化と、固定電極72と可動電極314との間の容量変化と、固定電極73と可動電極32との間の容量変化とを端子741と端子721と端子731とからそれぞれ出力する。次に、中心押しされた場合に出力される合成静電容量について説明する。中心押しされると、上述した通りに固定電極711,712は接地され、基本例では感圧部S2の等価回路は互いに直列に接続された2つのコンデンサC21、C22よりなり、感圧部S3の等価回路は互いに直列に接続された2つのコンデンサC31、C32よりなる。(図1B参照)、変形例2では、さらに可動電極32、313、314も接地されているので、感圧部S2の等価回路は1つのコンデンサC21のみよりなり、感圧部S3の等価回路は1つのコンデンサC31のみよりなる。コンデンサの直列接続では合成容量は低下するので、感圧部S2、S3が1つのコンデンサを構成することで容量が増加する。そのため、感圧部S2,S3の感度向上を図ることができる。片押しされた場合の感圧部S2若しくは感圧部S3の出力についても同様である。このように、左右の感圧部S2、S3の可動電極313,314と感触部S1の可動電極32を一体とした上で接地することで、感圧部の感度を向上させることができる。また、可動一体電極31aを近接用電極として使用することで、近接検知感度を向上させることができる。
本変形例では、可動電極32、313、314と弾性部材31、311、312の組み合わせについて説明する。基本例では、弾性部材31と可動電極32は一体として形成されており、可動電極313と弾性部材311は互いに分離され、可動電極314と弾性部材312は互いに分離された構造であるが、これらの構造に限定されない。例えば、弾性部材31、311、312が導電性を有するドーム形状を有する金属板よりなる場合、可動電極32は弾性部材31と一体となっており、可動電極313は弾性部材311と一体となっており、可動電極314は弾性部材312と一体となっている。この場合も実施形態1の基本例と同様の効果が得られる。
次に、感圧部S2,S3の弾性部材311,312と可動電極313,314の構成について説明する。基本例では、弾性部材311,312がドーム形状を有し、可動電極313,314が弾性部材311,312とは互いに分離されている。また、変形例3では弾性部材311,312がメタルドームであり、弾性部材313、314を兼ねた構造について説明している。変形例4では、弾性部材311,312はステンレスドーム体よりなり、ステンレスドーム体の押圧面の反対の下面に銀メッキで可動電極313,314が形成されている。変形例4は、基本例と電気的な効果については同様の効果を得ることができる。
変形例5では、入力装置は1つの感触部S1と1つの感圧部S2とを備え、感圧部S3を備えていない点が基本例とは異なる。例えば、変形例5では、1つの可動電極313は、可動電極32の押圧方向から見て、可動電極32の側方(例えば、左右方向において右方向Dr)に配置されている。この場合、感圧部S2が1つであるため片押しによる左右検知は不可能となる。しかしながら、変形例5においても、押し込み検知とクリック検知は可能である。このとき、端子742を接地すると、片押しされた場合には入力装置1は図10Aに示す等価回路図となり、コンデンサC2の合成容量はCbとなるが左右検知はできない。一方、中心押しされた場合には入力装置1は図10Bに示す等価回路図において、端子731からはコンデンサC1に応じた信号が出力され、端子741からはコンデンサC2に応じた信号が出力される。
実施形態2では、操作体U1の操作状態を検知する点で実施形態1と異なる。以下、異なる点を中心に説明する。なお、実施形態1と同一の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
以上説明したように、第1の態様に係る入力装置(1)は、固定電極(72,74,711,712)と可動電極(32)と可動電極(313,314)とを有し、かつ少なくとも、固定電極(72,74,711,712)の一部又は全てと可動電極(313,314)との間の容量変化を出力する。入力装置(1)は、可動電極(32)の移動時に変形する弾性部材(31)と、可動電極(313,314)の移動時に変形する弾性部材(311,312)と、を備える。
10 ハウジング
11 カバーフィルム
12 ボディ
131,132,14 プッシュ板
141,142 導電シート
151,152 絶縁シート
16 絶縁シート
18 連結部
2 検知部
30 押圧面
31 弾性部材(第1弾性部材)
32 可動電極(第1可動電極)
311 弾性部材(第2弾性部材)
312 弾性部材(第3弾性部材)
313 可動電極(第2可動電極)
314 可動電極(第3可動電極)
31a 可動一体電極
71 固定一体電極
711,712,72,73,74 固定電極
721 端子(第2端子)
722 端子
731 端子
741 端子(第1端子)
742 端子
91 信号取得部
93 判定部
100,100a 入力システム
S1 感触部
S2,S3 感圧部
Claims (20)
- 第1固定電極と、
第1可動電極と、
第2可動電極と、
前記第1可動電極の移動に応じて変位する部分を有するように変形する第1弾性部材と、
前記第2可動電極の移動に応じて変位する部分を有するように変形する第2弾性部材と、
前記第1固定電極と前記第2可動電極との間の静電容量の変化に対応する信号を出力するように構成された第1端子と、
を備え、
前記第2弾性部材に加わる荷重は、前記第2弾性部材の前記部分が変位するストロークが増加するにつれて極大値と極小値とのいずれも有しないように増加する、
入力装置。 - 前記第1可動電極が押圧方向に押圧されることにより前記第1弾性部材が変形し、
前記第2可動電極は、前記押圧方向から見て前記第1可動電極の側方に配置されている、請求項1に記載の入力装置。 - 第2固定電極と、
第3可動電極と、
前記第3可動電極の移動に応じて変位する部分を有するように変形する第3弾性部材と、
前記第2固定電極と前記第3可動電極との間の静電容量の変化に対応する信号を出力するように構成された第2端子と、
をさらに備え、
前記押圧方向から見て、前記第3可動電極は前記第1可動電極を基準にして前記第2可動電極の反対側に配置されている、
請求項2に記載の入力装置。 - 前記第3弾性部材に加わる荷重は、前記第3弾性部材の前記部分が変位するストロークが増加するにつれて極大値と極小値とのいずれも有しないように増加する、
請求項3に記載の入力装置。 - 前記第1弾性部材に加わる荷重は、前記第1弾性部材の前記部分が変位するストロークが増加するにつれて第1極大値と第1極小値とを有するように変化し、
前記第3弾性部材に加わる荷重は、前記第3弾性部材の前記部分が変位するストロークが増加するにつれて第2極大値と第2極小値とを有するように変化し、
前記第2極大値と前記第2極小値との差分値は、前記第1極大値と前記第1極小値との差分値より小さい、
請求項3に記載の入力装置。 - 前記第1可動電極と前記第2可動電極とを連結する連結部を更に備えた、
請求項1~5のいずれか1項に記載の入力装置。 - 前記第1端子は、ホバー操作に応じて発生した静電容量の変化を更に出力するように構成されている、
請求項1~6のいずれか1項に記載の入力装置。 - 前記第1弾性部材と前記第2弾性部材とを覆うカバーフィルムと、
前記カバーフィルムと前記第1弾性部材との間に設けられて、前記第1弾性部材を弾性変形させる第1プッシュ板と、
前記カバーフィルムと前記第2弾性部材との間に設けられて、前記第2弾性部材を弾性変形させる第2プッシュ板と、
を更に備えた、請求項1~7のいずれか1項に記載の入力装置。 - 前記第1弾性部材と前記第2弾性部材の少なくとも一方はドーム形状を有する、
請求項1~8のいずれか1項に記載の入力装置。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載の入力装置と、
前記入力装置の前記第1端子から出力される出力信号を取得する信号取得部と、
前記出力信号に基づいて、前記入力装置を操作する操作体の操作状態を判定する判定部と、
を備えた入力システム。 - 第1固定電極と、
第1可動電極と、
第2可動電極と、
前記第1可動電極の移動に応じて変位する部分を有するように変形する第1弾性部材と、
前記第2可動電極の移動に応じて変位する部分を有するように変形する第2弾性部材と、
前記第1固定電極と前記第2可動電極との間の静電容量の変化に対応する信号を出力するように構成された第1端子と、
を備え、
前記第1弾性部材に加わる荷重は、前記第1弾性部材の前記部分が変位するストロークが増加するにつれて第1極大値と第1極小値とを有するように変化し、
前記第2弾性部材に加わる荷重は、前記第2弾性部材の前記部分が変位するストロークが増加するにつれて第2極大値と第2極小値とを有するように変化し、
前記第2極大値と前記第2極小値との差分値は、前記第1極大値と前記第1極小値との差分値より小さい、
入力装置。 - 前記第1可動電極が押圧方向に押圧されることにより前記第1弾性部材が変形し、
前記第2可動電極は、前記押圧方向から見て前記第1可動電極の側方に配置されている、請求項11に記載の入力装置。 - 第2固定電極と、
第3可動電極と、
前記第3可動電極の移動に応じて変位する部分を有するように変形する第3弾性部材と、
前記第2固定電極と前記第3可動電極との間の静電容量の変化に対応する信号を出力するように構成された第2端子と、
をさらに備え、
前記押圧方向から見て、前記第3可動電極は前記第1可動電極を基準にして前記第2可動電極の反対側に配置されている、
請求項12に記載の入力装置。 - 前記第3弾性部材に加わる荷重は、前記第3弾性部材の前記部分が変位するストロークが増加するにつれて極大値と極小値とのいずれも有しないように増加する、
請求項13に記載の入力装置。 - 前記第1弾性部材に加わる荷重は、前記第1弾性部材の前記部分が変位するストロークが増加するにつれて第1極大値と第1極小値とを有するように変化し、
前記第3弾性部材に加わる荷重は、前記第3弾性部材の前記部分が変位するストロークが増加するにつれて第2極大値と第2極小値とを有するように変化し、
前記第2極大値と前記第2極小値との差分値は、前記第1極大値と前記第1極小値との差分値より小さい、
請求項13に記載の入力装置。 - 前記第1可動電極と前記第2可動電極とを連結する連結部を更に備えた、
請求項11~15のいずれか1項に記載の入力装置。 - 前記第1端子は、ホバー操作に応じて発生した静電容量の変化を更に出力するように構成されている、
請求項11~16のいずれか1項に記載の入力装置。 - 前記第1弾性部材と前記第2弾性部材とを覆うカバーフィルムと、
前記カバーフィルムと前記第1弾性部材との間に設けられて、前記第1弾性部材を弾性変形させる第1プッシュ板と、
前記カバーフィルムと前記第2弾性部材との間に設けられて、前記第2弾性部材を弾性変形させる第2プッシュ板と、
を更に備えた、請求項11~17のいずれか1項に記載の入力装置。 - 前記第1弾性部材と前記第2弾性部材の少なくとも一方はドーム形状を有する、
請求項11~18のいずれか1項に記載の入力装置。 - 請求項11~19のいずれか1項に記載の入力装置と、
前記入力装置の前記第1端子から出力される出力信号を取得する信号取得部と、
前記出力信号に基づいて、前記入力装置を操作する操作体の操作状態を判定する判定部と、
を備えた入力システム。
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