JP4555265B2

JP4555265B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP4555265B2
Application number: JP2006205956A
Authority: JP
Inventors: 宏涌田; 哲也三石
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: US20080028309A1; JP2008033616A

Description

本発明は、共通の操作面を使用し、複数種の操作指示パターンの表示を切換えて、多様な入力を可能とした入力装置に関する。

コンピュータや携帯用通信機器などの各種電子機器は、操作面に複数のキーが配列されたキー入力部や、回転入力部、さらには静電容量式の入力パッドで形成された座標入力部などを有している。

前記キー入力部や、回転入力部や座標入力部は、個別に入力操作するものであるため、多様な入力操作を実現するためには、同じ操作面に、これら全ての入力部を区分して配置しなくてはならなくなり、操作面を小型化するのに限界がある。

また、静電容量式の入力パッドを使用して、キー入力などに類似した入力操作と、座標入力操作の双方を行えるようにした入力装置も考えられるが、この場合に、入力パッドの表面に多様な表示を行うことができず、多種類の入力操作を誤りなく、確実に行えるようにすることが難しい。

また、以下の特許文献１や特許文献２には、操作面の一部を突出させて、触覚で操作箇所を認識させる入力装置が開示されている。しかし、この入力装置を用いても、多種類の入力操作を視覚と触覚の双方で認識しながら入力操作行うことは難しい。
特開２０００−１４８３９３号公報特開２００５−５５４８９号公報

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、限られた面積の操作面内に多様な入力部の表示を行えるようにし、さらに視覚のみでなく触覚でも多様な入力部を認識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。

本発明の入力装置は、操作体が接触した位置を検出でき且つ変形可能な検出シートと、前記検出シートに重ねられて、複数種の操作指示パターンを切換えて表示することが可能であり且つ変形可能な表示シートと、前記検出シートおよび前記表示シートを下から部分的に押圧して前記検出シートおよび前記表示シートを部分的に突出変形させる部分押圧手段とを有し、
前記表示シートにいずれかの操作指示パターンが表示されると、前記部分押圧手段によって、前記表示シートに表示されている操作指示パターンの操作箇所が押圧されて、前記操作箇所で前記検出シートと前記表示シートとが突出変形し、突出変形した前記操作箇所に操作体が触れたことが、前記検出シートで検出されることを特徴とするものである。

本発明の入力装置は、表示シートで複数種の操作指示パターンが切換えて表示され、この切換えて表示された操作指示パターンに対応して、その操作箇所が、部分押圧手段で突出変形させられる。よって、操作者は、同じ操作面内で切換ええられる操作指示パターンを、視覚と指の触覚の双方で認識できる。しかも、突出変形した操作箇所が指で操作されたときに、どの箇所に指を触れたかが、静電容量式などの検出シートで検出される。

例えば、本発明は、前記操作指示パターンは、複数のキー入力操作箇所を有するキーボード入力表示パターンと、一定の座標入力領域を示す座標入力領域表示パターンとを含むものである。

上記のように、操作指示パターンで、キーボードの操作領域と、座標入力領域を示す操作領域の双方を指示できると、これまで困難とされていた、キーボード入力操作と座標入力操作とを、同じ操作面上で実行できるようになる。

例えば、前記表示シートは、表示層と、この表示層を挟む上部電極と下部電極とを有しており、前記上部電極が、複数種の前記操作指示パターンに対応した形状である。この場合に、例えば、前記表示層が、有機エレクトロルミネッセンス層である。

表示シートに、予め操作指示パターンに対応した電極を設けておくと、表示シートに表示される操作指示パターンの切換えが容易である。

また、本発明では、前記検出シートが、電極間の静電容量の変化によって、操作体が接触した箇所を検出するものであることが好ましい。

また、前記部分押圧手段は、複数の小突起が突出して、複数の小突起で同じ操作箇所を押圧するものである。

本発明では、異なる操作指示パターンに切換えたときに、切換えられた操作指示パターンの操作箇所が、目視で区別できるように表示されると同時に、指の触覚で理解しやすいように突出変形する。そのため、限られた面積内で、多様な操作入力を確実に行なえるようになる。

図１は、本発明の実施の形態の入力装置を示すものであり、部分押圧手段の部分押圧動作により、各シートが部分的に突出変形させられている状態を示す分解斜視図である。図２は、表示シートの平面図である。図３は、部分押圧手段が動作していない状態を示す部分断面図、図４は、部分押圧手段が動作して、検出シートと表示シートが部分的に突出変形させられた状態を示す部分断面図である。図５ないし図７は、表示シートで表示される指示表示をパターン別に示した斜視図である。

図３と図４に示すように、この入力装置１は、最下層に硬質の基板２が設けられている。この基板２の上には、部分押圧手段１０が重ねられて固定されている。部分押圧手段１０の上には、下側中間基板３が重ねられ、その上に表示シート３０が重ねられている。表示シート３０の上に、上側中間基板４が重ねられ、その上に、検出シート２０が重ねられている。そして、検出シート２０の上が表面シート５で覆われている。

図１には、前記各構成要素のうちの、部分押圧手段１０、表示シート３０、検出シート２０および表面シート５が示されている。部分押圧手段１０、下側中間基板３、表示シート３０、上側中間基板４、検出シート２０および表面シート５は、全て同じ形状で同じ大きさである。また、下側中間基板３、表示シート３０、上側中間基板４、検出シート２０および表面シート５は変形可能である。図３に示すように、前記各シートおよび各基板は、外力が与えられていないときに、全て平面形状である。図１および図４に示すように、部分押圧手段１０で各層が下側から部分的に押圧されると、押圧されている部分で、下側中間基板３、表示シート３０、上側中間基板４、検出シート２０および表面シート５が部分的に突出変形する。

上側中間基板４と表面シート５は、軟質で透明なエラストマーシートで形成されている。下側中間基板３は、軟質なエラストマーシートで形成されている。

前記表示シート３０は、複数種類の操作指示パターンを切換えて表示できるものである。図３に示すように、表示シート３０は、上側中間基板４の下面に形成された上部電極３１と、下側中間基板３の上面に形成された下部電極３２を有している。そして、上部電極３１と下部電極３２との間に表示層３３が挟まれている。表示層３３は、有機エレクトロルミネッセンス層である。

表示シート３０を構成している下部電極３２は、表示領域の全域をほぼカバーできるように一定の膜厚で間欠なく形成されている。上部電極３１は、複数種類の操作指示パターンのそれぞれの操作箇所の形状に対応した形状である。

図２は、表示シート３０の上部電極３１のパターンを示す平面図である。上部電極３１で表示される操作指示パターンのひとつはキーボード入力表示パターン３１Ａである。図５は、表示シート３０がキーボード入力表示部３１Ａのみを表示している状態を示している。キーボード入力表示パターン３１Ａは、縦横に規則的に配列した複数の小キー表示部３１Ａ１と、前記小キー表示部３１Ａ１よりも手前側において、横方向に間隔を開けて配置された３箇所の中キー表示部３１Ａ２と、中キー表示部３１Ａ２の間に位置する１箇所の長キー表示部３１Ａ３を有している。

小キー表示部３１Ａ１では、上部電極３１の一部が、小キーの輪郭を示す輪郭線の形状と、小キーの内部に表示される数字や記号の形状となっている。また、中キー表示部３１Ａ２と、長キー表示部３１Ａ３では、上部電極３１の一部が、横長のキーの輪郭を示す輪郭線の形状となっている。ただし、小キー表示部３１Ａ１において、上部電極３１が、小キーを塗りつぶすように小キーの輪郭の内側の全域に形成されており、小キー内で数字や記号の部分で上部電極３１が欠如されていてもよい。なお、中キー表示部３１Ａ２と、長キー表示部３１Ａ３において、上部電極３１が、横長形状のキーの輪郭の内側の全域に形成されていてもよい。

また、表示シート３０の上部電極３１の一部によって、特定操作領域表示パターン３１Ｂが形成されている。図６は、表示シート３０に特定操作領域表示パターン３１Ｂのみが表示されている状態を示している。この特定操作領域表示パターン３１Ｂは、表示領域内に９箇所設けられている。それぞれの特定操作領域表示パターン３１Ｂは、外側円３１Ｂ１と、その内側に少し間隔を開けて位置する内側円３１Ｂ２とを有している。上部電極３１の一部により外側円３１Ｂ１と内側円３１Ｂ２とが、同心円で互いに離れて形成されている。ただし、外側円３１Ｂ１と内側円３１Ｂ２との間が上部電極３１で埋められていてもよい。

さらに、表示シート３０では、上部電極３１の一部によって、パッド入力部表示パターン３１Ｃが形成されている。図７は、表示シート３０に、パッド入力部表示パターン３１Ｃのみが表示された状態を示している。パッド入力部表示パターン３１Ｃは、上部電極３１の一部によって、一定の座標入力領域を示す座標入力領域表示パターン３１Ｃ１を有している。この座標入力領域表示パターン３１Ｃ１は、座標入力領域を囲む枠形状であり、上部電極３１により枠が形成されている。

また、パッド入力部表示パターン３１Ｃでは、座標入力領域表示パターン３１Ｃ１の手前側にＬキー入力表示３１Ｃ２と、Ｒキー入力表示３１Ｃ３が形成されている。このＬキー入力表示３１Ｃ２と、Ｒキー入力表示３１Ｃ３では、上部電極３１により、細長のキー入力領域を囲む枠形状が形成されている。

図２に示すように、上部電極３１は、キーボード入力表示パターン３１Ａと、特定操作領域表示パターン３１Ｂ、およびパッド入力部表示パターン３１Ｃのそれぞれのパターンに応じた形状とされているが、それぞれのパターン３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを表示できるそれぞれの上部電極３１は、互いに短絡しないように、微小な間隔を開けて独立して形成されている。例えば、図２に示す、小キー表示部３１Ａ１の輪郭や文字あるいは数字と、二重丸形状の特定操作領域表示パターン３１Ｂとは、微小な隙間を有して形成されている。

表示シート３０の表示層３３は、有機エレクトロルミネッセンス層であり、図示しない制御部の制御動作に基づいてパターン３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの上部電極を選択して通電することにより、図５に示すキーボード入力表示パターン３１Ａと、特定操作領域表示パターン３１Ｂ、およびパッド入力部表示パターン３１Ｃの各パターンが個別に切り換えられて表示される。

前記表示層３３を、単一の有機エレクトロルミネッセンス層で形成することにより、図５ないし図７に示す各表示パターン３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが、同じ色彩で切り換えられて表示される。ただし、各表示パターン３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのそれぞれの上部電極３１に対向する部分に、異なる有機エレクトロルミネッセンス層を印刷等で区分して形成することにより、図５ないし図７に示す各表示パターン３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを、異なる色彩で表示することも可能となる。

前記表示シート３０の上には、検出シート２０が重ねられている。検出シート２０は、軟質で且つ透明な支持シート２１を有している。支持シート２１の上面には上部電極２２が形成され、支持シート２１の下面には下部電極２３が形成されている。上部電極２２と下部電極２３は、それぞれＩＴＯなどの透明電極である。

上部電極２２は、複数の直線状の電極が一定の間隔で平行に形成されている。下部電極２３も、複数の直線状の電極が一定の間隔で平行に形成されており、上部電極２２と下部電極２３は互いに直交して配置されている。また、隣り合う上部電極２２の間、または隣り合う下部電極２３の間には、検出電極が互いに平行に形成されている。図示しない制御部で、駆動回路が制御されると、この駆動回路により、上部電極２２に順番に電圧が印加され、これとはタイミングを変えて下部電極２３に順番に電圧が印加される。

表面シート５の表面のいずれかの箇所に導電体である指が接触すると、指が接触した箇所に近接する上部電極２２または下部電極２３と、これに隣接する検出電極との間の静電容量が変化する。よって、上部電極２２と下部電極２３に選択的に電圧を印加すると、静電容量の違いにより、電圧の立ち上がり時間が変動する。この立ち上がり時間の変動を検出することで、静電容量の分布を認識でき、どの位置に指が触れているかを、Ｘ−Ｙ座標上の位置として特定できる。

なお、検出シート２０は、表面シート５に指を触れたときに、または表面シート５が指で押されたときに、その指が接触している箇所がＸ−Ｙ座標上で特定できるのであればどのような構造のものであってもよい。例えば、平面状の抵抗体どうしが隙間を有して対向し、抵抗体どうしが接触した箇所を電圧降下に基づいて特定できるもの、互いに交叉するＸ電極とＹ電極が隙間を有して対向しており、Ｘ電極とＹ電極とが接触した箇所を特定できるものなどであってもよい。

表示シート３０の下側に位置する部分押圧手段１０は、比較的硬質な基板１１を有し、基板１１内に複数の小突起１２が設けられている。この小突起１２の下には、形状記憶合金や圧電素子などの突出アクチュエータが設けられている。小突起１２と突出アクチュエータの下には、それぞれの突出アクチュエータに共通に導通する下部電極１３が設けられている。また、上部には、それぞれの小突起１２ごとに個別に導通し、または小突起１２のグループ１２Ａごとに個別に導通する上部電極１４が設けられている。

図１に示すように、小突起１２はグループ１２Ａを構成しており、それぞれのグループ１２Ａは、前記上部電極３１で形成されているキーボード入力表示パターン３１Ａと、特定操作領域表示パターン３１Ｂ、およびパッド入力部表示パターン３１Ｃのそれぞれの操作箇所に対応した形状となっている。

次に、上記入力装置１の動作を説明する。
図３は、部分押圧手段１０の下部電極１３と上部電極１４間に電圧が印加されていない状態を示しており、全てのグループ１２Ａの小突起１２が退行している。その結果、下側中間基板３から表面シート５までの各層が全て平坦な形状であり、表面シート５の表面も平面である。また、図３の状態で、表示シート３０の上部電極３１と下部電極３２の間に通電されていなければ、表示シート３０は無表示状態である。

図３の状態で、図示しない操作部を操作することで、前記入力装置１が、図５に示すキーボード入力モード、図６に示す特定操作入力モード、あるいは図７に示すパッド入力モードのいずれかに切換えられる。

あるいは、機器の電源が投入されると、図３に示すように、部分押圧手段１０が動作せずに各シートおよび各層が平坦な状態のままで、表示シート３０と検出シート２０のみを動作させてもよい。この場合に、表示シート３０に、例えば図５に示すキーボード入力表示パターン３１Ａ、あるいは図６に示す特定操作領域表示パターン３１Ｂが表示される。このように表示された表示パターンのうちの予め決められた操作箇所に指を触れ、この指の触れた箇所が検出シート２０で検出されることにより、図５に示すモード、図６に示すモード、あるいは図７に示すモードのいずれかの設定が行われてもよい。

前記いずれかの操作により、図５に示すキーボード入力モードが設定されると、制御部の制御動作により、表示シート３０の下部電極３２と、上部電極３１のうちのキーボード入力表示パターン３１Ａを形成している電極との間に電圧が印加される。その結果、有機エレクトロルミネッセンスの表示層３３により、小キー表示部３１Ａ１の輪郭と数字または記号と、中キー表示部３１Ａ２および長キー表示部３１Ａ３の輪郭が明るく表示される。

制御部では、前記表示シート３０の上部電極を選択するのと同時に、部分押圧手段１０において、上部電極１４が選択されて、選択された上部電極１４と下部電極１３との間に電圧が印加される。このとき図１に示すように、キーボード入力表示パターン３１Ａの小キー表示部３１Ａ１と中キー表示部３１Ａ２および長キー表示部３１Ａ３の下に位置する小突起１２のグループ１２Ａに電圧が印加される。グループ１２Ａを構成する小突起１２が突出すると、図４に示すように、このグループ１２Ａを構成する複数の小突起によって、下側中間基板３から表面シート５までの各シートおよび各層が部分的に押圧され、上方へ突出変形させられる。

その結果、図５に示すように、キーボード入力表示パターン３１Ａが明るく照らされるとともに、小キー表示部３１Ａ１、中キー表示部３１Ａ２、および長キー表示部３１Ａ３が他の部分よりも突出する。このときの突出高さは、０．１〜０．５ｍｍ程度であり、人の指で表面シート５の表面を触れたときに、触覚で、小キー表示部３１Ａ１、中キー表示部３１Ａ２、および長キー表示部３１Ａ３を認識できる。

図５に示すキーボード入力モードが設定されている状態で、表面シート５の表面に指を触れると、検出シート２０の検出動作により、表面シート５の表面のどの位置に指が触れたかを検出できる。このとき、制御部では、検出シート２０から得られる座標検出信号のうち、小キー表示部３１Ａ１、中キー表示部３１Ａ２、および長キー表示部３１Ａ３の表面以外の位置情報を無視する。これにより、検出シート２０から得られる座標検出信号から、指がどの小キー表示部３１Ａ１、中キー表示部３１Ａ２、またか長キー表示部３１Ａ３に触れたかを認識でき、制御部でキーボード入力信号を生成できる。

前記操作により、特定操作モードが設定されると、図６に示すように、表示シート３０により、特定操作領域表示パターン３１Ｂが表示される。この特定操作領域表示パターン３１Ｂでは、複数箇所において外側円３１Ｂ１と内側円３１Ｂ２が照らされて表示される。また、制御部では、部分押圧手段１０の上部電極１４が選択されて、選択された上部電極１４と下部電極１３との間に電圧が印加される。その結果、特定操作領域表示パターン３１Ｂの外側円３１Ｂ１と内側円３１Ｂ２との間の環状の領域の下に位置して環状に配置された小突起１２のグループ１２Ａが突出し、図６に示すように、外側円３１Ｂ１と内側円３１Ｂ２で挟まれた領域において、下側中間基板３から表面シート５までの各シートおよび各層が突出変形する。あるいは外側円３１Ｂ１の囲まれた円形の領域全体が突出変形させられてもよい。

図６に示す特定操作モードが設定されているときに、検出シート２０では、表面シート５の表面から隆起している複数箇所の特定操作領域表示パターン３１Ｂの部分でのみ座標検出を可能とし、制御部では、特定操作領域表示パターン３１Ｂ以外の領域での座標検出出力を無視する。

検出シート２０の検出動作により、いずれかの特定操作領域表示パターン３１Ｂに指が触れたことが検出されると、どの位置の特定操作領域表示パターン３１Ｂに指が触れたかに応じて異なる入力操作が行われる。このときの、複数箇所の特定操作領域表示パターン３１Ｂの操作により、ゲームソフトの制御操作などが行われる。複数箇所の特定操作領域表示パターン３１Ｂのいずれかに指を触れることにより、画面に表示された内容のスクロール動作や、さらには画面に表示されたキャラクタのステップ移動操作などが行われる。

さらに、いずれかの特定操作領域表示パターン３１Ｂの外側円３１Ｂ１と内側円３１Ｂ２との間に指を触れ、この指を外側円３１Ｂ１と内側円３１Ｂ２に沿って滑るようにして回転させると、この回転移動が検出シート２０で検出され、画面に表示されたキャラクタを回転動作させるなどの入力を行うことができる。

パッド入力モードが設定されると、図７に示すように、パッド入力部表示パターン３１Ｃの、座標入力領域表示パターン３１Ｃ１とＬキー入力表示３１Ｃ２およびＲキー入力表示３１Ｃ３が表示される。さらに、部分押圧手段１０に通電されて、座標入力領域表示パターン３１Ｃ１の枠部分のみで、下側中間基板３から表面シート５までの各シートと各層が突出する。また、Ｌキー入力表示３１Ｃ２と、Ｒキー入力表示３１Ｃ３が突出変形する。

図７に示すパッド入力モードでは、座標入力領域表示パターン３１Ｃ１の枠部分の内側に指が触れたときに、検出シート２０により、指が触れた位置の座標検出を行い、座標入力が行われる。この操作により、文字や絵を指で描いて制御部に入力して、画面に表示させることなどが可能となる。さらに、Ｌキー入力表示３１Ｃ２やＲキー入力表示３１Ｃ３に指が触れたことが、検出シート２０で検出されたときに、制御部において、マウスボタンを押されたのと同じ操作信号が生成されてもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、例えば、表示シート３０で表示される操作指示パターンが、テンキー表示や、矢印キー表示などであってもよい。また、表示シートによる表示形態は液晶表示などであってもよい。

本発明の実施の形態の入力装置を示す分解斜視図、表示シートの平面図、入力装置が非動作状態であるときの断面図、入力装置が動作状態であるときの断面図、入力装置がキーボード入力モードで動作しているときの斜視図、入力装置が特定領域入力モードで動作しているときの斜視図、入力装置がパッド入力モードで動作しているときの斜視図、

符号の説明

１入力装置
２基板
３下側中間基板
４上側中間基板
５表面シート
１０部分押圧手段
１２小突起
２０検出シート
２２上部電極
２３下部電極
３０表示シート
３１上部電極
３１Ａキーボード入力表示パターン
３１Ｂ特定操作領域表示パターン
３１Ｃパッド入力部表示パターン
３２下部電極
３３表示層

Claims

操作体が接触した位置を検出でき且つ変形可能な検出シートと、前記検出シートに重ねられて、複数種の操作指示パターンを切換えて表示することが可能であり且つ変形可能な表示シートと、前記検出シートおよび前記表示シートを下から部分的に押圧して前記検出シートおよび前記表示シートを部分的に突出変形させる部分押圧手段とを有し、
前記表示シートにいずれかの操作指示パターンが表示されると、前記部分押圧手段によって、前記表示シートに表示されている操作指示パターンの操作箇所が押圧されて、前記操作箇所で前記検出シートと前記表示シートとが突出変形し、突出変形した前記操作箇所に操作体が触れたことが、前記検出シートで検出されることを特徴とする入力装置。
前記操作指示パターンは、複数のキー入力操作箇所を有するキーボード入力表示パターンと、一定の座標入力領域を示す座標入力領域表示パターンとを含む請求項１記載の入力装置。
前記表示シートは、表示層と、この表示層を挟む上部電極と下部電極とを有しており、前記上部電極が、複数種の前記操作指示パターンに対応した形状である請求項１または２記載の入力装置。
前記表示層が、有機エレクトロルミネッセンス層である請求項３記載の入力装置。
前記検出シートが、電極間の静電容量の変化によって、操作体が接触した箇所を検出するものである請求項１ないし４のいずれかに記載の入力装置。
前記部分押圧手段は、複数の小突起が突出して、複数の小突起で同じ操作箇所を押圧するものである請求項１ないし５のいずれかに記載の入力装置。