(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力装置であって、
複数のキー・グループに区分された複数のキーと、
タッチ操作を検出するように各キーに対応して設けた静電容量式のタッチセンサと、
前記キーに対する押圧操作を検出する圧力センサと、
前記タッチ操作に続く前記押圧操作の検出に応じて前記タッチ操作を検出したキーを含むキー・グループに変位を与えるアクチュエータと、
前記タッチ操作と前記押圧操作の検出に応じて前記タッチ操作を検出したキーに対する入力操作を認識するコントローラと
を有する入力装置。
【請求項２】
前記複数のキー・グループが、左手の指で操作する複数のキーで構成したキー・グループと右手の指で操作する複数のキーで構成したキー・グループを含む請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記キー・グループが、左手の親指以外の指のそれぞれが操作する複数のキーでそれぞれ構成した複数のキー・グループと右手の親指以外の指のそれぞれが操作する複数のキーでそれぞれ構成した複数のキー・グループを含む請求項１に記載の入力装置。
【請求項４】
前記キー・グループがさらに親指で操作するキーで構成したキー・グループを含む請求項３に記載の入力装置。
【請求項５】
前記アクチュエータが、前記複数のキーを載置する駆動体の側部に配置した偏心モータを含む請求項１に記載の入力装置。
【請求項６】
前記アクチュエータは、所定の時間だけ前記キー・グループを振動させて停止する請求項１に記載の入力装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記キー・グループに１回の衝撃力を付与する請求項１に記載の入力装置。
【請求項８】
前記入力装置が、前記複数のキーの表面を覆うカバー・シートが操作面を構成するフラット型キーボードである請求項１に記載の入力装置。
【請求項９】
前記入力装置は、入力操作時にキー・トラベルがないフラット型キーボードである請求項１に記載の入力装置。
【請求項１０】
前記複数のキーが左手の指と右手の指を待機するときに位置づけるホーム・ポジションキーを含む請求項１に記載の入力装置。
【請求項１１】
キーボードが触覚フィードバックをする方法であって、
複数のキーを用意するステップと、
前記複数のキーをそれぞれ複数のキーで構成した第１のキー・グループと第２のキー・グループに区分するステップと、
前記第１のキー・グループが含むキーに対するタッチ操作を静電容量式のタッチセンサで検出するステップと、
前記タッチ操作を検出したキーに対する前記タッチ操作に続く押圧操作を検出するステップと、
前記押圧操作の検出に応答して前記第１のキー・グループに第１の触覚フィードバックを提供するステップと、
前記タッチ操作と前記押圧操作の検出に応答して前記タッチ操作を検出したキーに対する入力操作を認識するステップと
を有する方法。
【請求項１２】
前記第２のキー・グループが含むキーに対するタッチ操作を静電容量式のタッチセンサで検出するステップと、
前記タッチ操作を検出したキーに対する前記タッチ操作に続く押圧操作を検出するステップと、
前記押圧操作の検出に応答して前記第１の触覚フィードバックが停止する前に前記第２のキー・グループに対する第２の触覚フードバックの提供を開始するステップと
を有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のキー・グループのキーが第１の指で入力操作をするキーで、前記第２のキー・グループのキーが第２の指で入力操作をするキーである請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
キーボードが触覚フィードバックをする方法であって、
複数のキーを用意するステップと、
前記複数のキーを各指が担当する複数のキーで構成した複数のキー・グループに区分するステップと、
いずれかのキー・グループが含むキーに対するタッチ操作を静電容量式のタッチセンサで検出するステップと、
前記タッチ操作を検出したキーに対する前記タッチ操作に続く押圧操作を検出するステップと
前記押圧操作の検出に応答して前記タッチ操作を検出したキーを含むキー・グループに触覚フィードバックを提供するステップと、
前記タッチ操作と前記押圧操作の検出に応答して前記タッチ操作を検出したキーに対する入力操作を認識するステップと
を有する方法。
【請求項１５】
キーボードを備える携帯式電子機器であって、
それぞれ複数のキーを含む複数のキー・グループと、
タッチ操作を検出するように各キーに対応して設けた静電容量式のタッチセンサと、
前記キーに対する押圧操作を検出する圧力センサと、
前記タッチ操作に続く前記押圧操作の検出に応答して前記タッチ操作を検出したキーを含む前記キー・グループに変位を与えるアクチュエータと、
前記タッチ操作と前記押圧操作の検出に応じて前記タッチ操作を検出したキーに対する入力操作を認識するコントローラと
を有する携帯式電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタクタイルのないキーを含む入力装置の操作性を向上する技術に関し、さらには高速打鍵に適応する触覚フィードバックの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの入力装置であるキーボードの評価特性の１つに、ユーザがキーを押下した際に入力を指で感じる操作感覚（タクタイル（tactile））がある。タクタイルは、キー・スイッチが動作する前に指に対して適度な反力の変化を与える。良好なタクタイルがあるキーボードは、リズミカルなキー入力を可能にして長時間の操作に対しても疲労を軽減する。
【０００３】
タクタイルを発生させるために多くのノートブック型パーソナル・コンピュータ（ノートＰＣ）では、いわゆるパンタグラフ式のキーボードを採用する。パンタグラフ式のキーボードでは、各キーがキー・トップと、パンタグラフというキー・トップの支持構造と、ラバー・ドームという指の押下圧力に対する反力を与える弾力部材を含んでいる。図９は、パンタグラフ式のキー１０のタクタイルを説明するための図である。グラフの縦軸は指がキーから受ける反力で横軸はキーの沈下量（キー・トラベル）を示している。
【０００４】
キー・トップ１１は押下されるとラバー・ドーム１３の上部を徐々に押しつぶしながら垂直下方向に移動していく。移動距離が長くなるに従って、ラバー・ドーム１３の変形の程度が大きくなり指への反力も増大する。さらに移動距離が長くなると降伏点Ｐに達したラバー・ドーム１３の頂部が急激に凹んで反力も低下する。メンブレン・シート１７に形成されたキー・スイッチ１９は降伏点Ｐの直後に動作するようにしている。このときの指に感じる急激な反力の低下がタクタイルに相当し、ユーザはタクタイルによってキー・スイッチ１９の動作を認識する。
【０００５】
指は急激な反力の低下を感じても急に操作を停止できないため、キー・スイッチ１９が動作したあともユーザはさらにキーを押し込んでいく。キーの移動に伴ってさらに反力が強くなってからやがてユーザは押下する操作をやめる。このような操作感覚は、タッチスクリーンに表示されるソフトウェア・キーボードからは得ることができず、キー・トラベルを伴うキーボードだけが保有することができる独特の性能である。座屈バネを使ったキーボードでも似たようなタクタイルを得ることができる。しかし、タクタイルを得るには、所定量のキー・トラベルが必要になるためキーボードが厚くなる。
【０００６】
これに対して、薄型化を図るためにキーボードの表面を平坦にしたフラット型キーボードが存在する。フラット型キーボードは、キー・トラベルがないか少ないため薄型化を図ることができ、表面を連続したシートで覆うことができるため防水性にも優れている。典型的なフラット型キーボードには、タブレット端末のタッチスクリーンに表示するソフトウェア・キーボードがある。また、圧力センサを利用したフラット型キーボードも存在する。圧力センサを利用したフラット型キーボードは、押圧したときにキーがわずかに沈下するが、パンタグラフ方式のキーボードのようなタクタイルを得ることはできない。タクタイルが不十分なフラット型キーボードは、タイプ・ミスやタイプ速度の低下の原因になる。
【０００７】
このような問題に対して特許文献１は、タッチ操作に応じてタッチパネルを振動させることで入力面への操作が行われたことを操作者に触覚で伝えるＨＡＰＴＩＣＳ技術を開示する。同文献には、タッチパネルに複数の振動モータを設けて、タッチ操作に応じて入力操作面を振動させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願２０１２−８３８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本明細書では、キーボードに関するＨＡＰＴＩＣＳ技術を、キーの打鍵に応答してキーの振動または変位などの物理的な動きにより指に機械的な刺激を与える技術の意味で使用し、これを触覚フィードバックということにする。触覚フィードバックを採用するタッチスクリーンは、一般的にシステムがキー入力を検知したときに偏心モータ（振動モータ）、リニア・バイブレータ、ピエゾ素子、または形状記憶合金などを使ったアクチュエータを動作させて操作面を振動させる。
【００１０】
アクチュエータを各キーに設けることは、スペース、コスト、および重量などの観点から現実的でないため、特許文献１の発明のように少ないアクチュエータでキー全体を振動させる方法が一般的である。しかし全体を振動させる方法には、高速で連続的に打鍵する場合の追従性の問題が存在する。具体的には、最初のキーが打鍵されるとすべての指に触覚フィードバックがされる。最初のキーの触覚フィードバックが終了しないうちに次のキーが打鍵され、それに応じた触覚フィードバックを発生させても、最初の触覚フィードバックと次のキーの触覚フィードバックが分離して知覚されない限り、ユーザは触覚フィードバックで次のキーの入力を認識することができなくなる。
【００１１】
触覚フィードバックを知覚するためには、フィードバックを付与している時間がある程度必要になる。理想的には、キー・スイッチが閉じた時のメーク信号と同時に触覚フィードバックを発生させ、フィードバックに必要な時間が経過した後に触覚フィードバックをただちに停止させればよいが、アクチュエータの応答時間や振動体の慣性などがあるため必ず遅延時間が発生する。
【００１２】
ピエゾ素子を使ったアクチュエータは比較的応答時間が短いが、振幅が小さいため十分な触覚フィードバックを与えることが困難である。また、高い駆動電圧を生成するための電源回路が必要になりコストが高い。偏心モータやリニア・バイブレータを使ったアクチュエータは動作電圧が低いため電池で駆動でき、コストも安いが応答時間が長い。特に、特許文献１の発明のように、タッチパネルの全体を振動させる方法は、連続打鍵のときに打鍵キーごとに触覚フィードバックを分離できないため高速でブラインド・タッチをするユーザには適用できない。また、いずれのキーを操作してもタッチパネルの全体が振動するため消費電力も大きくなる。
【００１３】
そこで本発明の目的は、適切な触覚フィードバックを与えることができる入力装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、高速の連続打鍵に追従して触覚フィードバックを与えることが可能な入力装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、パンタグラフ式のタクタイルに近似する触覚フィードバックを与えることができる入力装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、低消費電力の触覚フィードバックをすることができる入力装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、薄型化に適した入力装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような入力装置を搭載した携帯式電子機器おおび触覚フィードバックをする方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
入力装置は、複数のキー・グループに区分された複数のキーと、各キーに対する打鍵を検出する検出部と、検出部がいずれかのキーの打鍵を検出したときに打鍵したキーを含むキー・グループに変位を与えるアクチュエータとを有する。アクチュエータが変位を与える被駆動体をキー全体の一部であるキー・グループの単位にすることで、キー全体を被駆動体にするよりも質量を小さくして追従性を良好にすることができる。また、キー全体を被駆動体にするよりも消費電力を低減することができる。
【００１５】
キー・グループは、左手の指で操作する複数のキーで構成したキー・グループと右手の指で操作する複数のキーで構成したキー・グループを含むことができる。左手のいずれかの指と右手のいずれかの指で連続打鍵をするときは、左手の指による最初のキーによる変位が終了しないうちに右手の指による次のキーの変位が始まることがあるが、キー・グループごとに変位を与えるためユーザは最初のキーによる変位が終了しなくても後続のキーに対応する変位を知覚することができる。
【００１６】
キー・グループは、左手の親指以外の指のそれぞれが操作する複数のキーでそれぞれ構成した複数のキー・グループと右手の親指以外の指のそれぞれが操作する複数のキーでそれぞれ構成した複数のキー・グループとすることができる。この場合も、異なる指で連続打鍵をすると最初のキーによる変位が終了しないうちに次のキーの変位が始まることがあるが、キー・グループごとに変位を与えるためユーザは後続のキーに対応する変位を知覚することができる。
【００１７】
キー・グループがさらに親指で操作するキーで構成したキー・グループを含むようにしてもよい。アクチュエータを、大きな振幅はとれるが比較的応答時間が長い偏心モータを含んで構成しても、連続打鍵の際に最初の触覚フィードバックと後続の触覚フィードバックを分離することができる。アクチュエータは、複数のキーを操作面に平行な方向に振動させると、薄型化に都合がよく、また、押圧によるキーの撓みがあっても良好な変位を与えることができる。
【００１８】
検出部は、各キーに対応して設けた静電容量式のタッチセンサで構成することができる。このとき、特定のキー・グループが含む任意のキーに対する押下圧力を検出する圧力センサと、圧力センサが検出した圧力に基づいてアクチュエータを動作させる駆動部とを有することができる。この場合、ホーム・ポジションのキーに対して複数の指が同時にタッチしていても圧力センサの動作で打鍵したキーを特定し、圧力信号だけでアクチュエータを動作させることができる。
【００１９】
検出部は各キーの押下圧力を検出する圧力センサで構成することもできる。アクチュエータは、所定の時間だけ打鍵したキーを含むキー・グループを振動させることができる。またアクチュエータは、キー・グループに１回の衝撃力を付与することもできる。１回の衝撃力は、パンタグラフ式のキーボードに近いタクタイルを生成することができる。入力装置は、すべてのキーの表面を覆うカバー・シートが操作面を構成するフラット型キーボードとすることができる。また、入力装置はキー・トラベルがないフラット型キーボードとすることができる。複数のキーが左手の指と右手の指を待機するときに位置づけるホーム・ポジションキーを含むことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、適切な触覚フィードバックを与えることができる入力装置を提供することができた。さらに本発明により、高速の連続打鍵に追従して触覚フィードバックを与えることが可能な入力装置を提供することができた。さらに本発明により、パンタグラフ式のタクタイルに近似する触覚フィードバックを与えることができる入力装置を提供することができた。さらに本発明により、低消費電力で触覚フィードバックをすることができる入力装置を提供することができた。さらに本発明により、薄型化に適した入力装置を提供することができた。さらに本発明により、そのような入力装置を搭載した携帯式電子機器おおび触覚フィードバックをする方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】フラット型キーボード１００のキー配列の一例を示す平面図である。
【図２】触覚フィードバックを与える単位となるキー・グループの一例を説明する図である。
【図３】フラット型キーボード１００の分解斜視図である。
【図４】触覚フィードバックの発生機構を説明するための図である。
【図５】キー・グループ１０３のいずれかのキーを打鍵したときのキー・グループ１０３の領域に対応する操作面１６１の振動波形を説明するための図である。
【図６】パンタグラフ式キーボードのタクタイルに近い触覚フィードバックを与える方法を説明する図である。
【図７】キーボード１００の機能的な構成を説明するための機能ブロック図である。
【図８】フラット型キーボード１００の適用例を説明するための図である。
【図９】パンタグラフ式のキー１０のタクタイルを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［フラット型キーボード］
図１は、フラット型キーボード１００のキー配列の一例を示す平面図である。フラット型キーボード１００と対比することができる一般的なキーボードは、相互に物理的に独立したキー・トップ、キー・トップのトラベリング機構、および押下されたキー・トップを押し戻すバネ機構で構成されている。そして、トラベリング機構およびバネ機構は、ラバー・ドーム、パンタグラフ、軸、コイルバネ、または座屈バネなどを組み合わせて構成する。
【００２３】
本実施の形態にかかるフラット型キーボード１００との対比において、一般的なキーボードの特徴は、キー・トップが相互に独立していること、キー・トラベルの距離が長いこと、機械的なメンブレン・スイッチに対する圧力で打鍵したキーを検出することなどを挙げることができる。なお、本明細書において、打鍵とは特定のキーに対する入力操作のことを示している。このときの入力操作には、押圧またはキー・トラベルという概念がないキーボードに対する入力操作まで含むものとする。たとえば、押圧を伴わないタッチ操作だけで入力操作ができる静電容量式のキーに対しても打鍵という用語を適用する。
【００２４】
これに対してフラット型キーボード１００は、操作面が全体的に平坦で、キー・トラベルがまったくないかほとんどないこと、メンブレン・スイッチ以外の方法で打鍵したキーを検出することなどを挙げることができる。フラット型キーボード１００は、表面を連続したカバー・シートで覆うことができるため、表面にこぼした液体がキーボードの内部に進入することはない。フラット型キーボードは、タクタイルがまったくないか十分でないために、打鍵した指の感覚で入力を知覚できない。
【００２５】
タクタイルと触覚フィードバックはいずれもキー操作に応じた指の刺激として感じる点で共通する。両者を区別する１つの方法として、タクタイルは指の押圧操作に応じてキーの部材が変形することにより作り出すものであるのに対し、触覚フィードバックは多少の押圧操作をともなうとしても、キーの部材が直接それに反応するのではなく、打鍵に応答して動作するアクチュエータが作り出している点を挙げることができる。
【００２６】
フラット型キーボード１００に対する打鍵の検出原理には、人体の接近を静電容量の変化で検出する静電容量型のセンサ、圧力スイッチや歪みゲージなどで押下圧力を検出する圧力型のセンサなどがある。フラット型キーボードの中には、ドーム状の金属プレートや特別なキー・スイッチを使って少ないキー・トラベルでタクタイルを与えるものも存在する。キーの押圧で十分なタクタイルが得られる場合は本発明の適用の意義は小さいが適用することは可能である。
【００２７】
フラット型キーボード１００の操作面は完全な平面である必要はなく、たとえば、キーの位置だけ多少突き出るようにエンボス加工をしていてもよい。キー配列は特に限定する必要はないが、フラット型キーボード１００は、ホーム・ポジションの基準となるＦキー、Ｊキーに両手の人指し指をおいて打鍵できるものであることが前提になる。したがって、１本の指で入力することを前提にしたテンキーの入力デバイスや、特定の記号や文字だけで構成した入力デバイスは、フラット型キーボード１００には含まない。
【００２８】
［キー・グループと追従性］
図２は、触覚フィードバックを与える単位となるキー・グループの一例を説明する図である。本発明は、触覚フィードバックをフラット型キーボード１００のキー全体ではなく複数のグループごとに与えることを特徴とする。触覚フィードバックは、キー・スイッチの動作に応じて発生する。触覚フィードバックの追従性は、キー・スイッチが閉じてメーク信号が生成されてから振動体が十分に振動するまでの上昇時間と触覚フィードバックの提供に必要な所定の時間が経過してから振動体が停止するまで停止時間の２つの時間が主要な要素になる。
【００２９】
連続打鍵の際に各キーに対応して発生させる触覚フィードバックを前後で分離するには、アクチュエータの応答時間の短縮、機械的な変位が与えられる対象物（以下、被駆動体という。）の質量すなわち慣性の大きさ、および連続打鍵をする指と打鍵速度の関係に応じた対応が主要な要素になる。アクチュエータは、応答時間に加えて、加振力の大きさ、消費電力、コスト、サイズ、および電源回路などの要素を含めて決定するが本発明において特に限定する必要はない。
【００３０】
ただし、本発明を適用することで応答時間が長いといわれているが安価で振動振幅を大きくできる偏心モータを利用して追従性を改善することができるようになる。本発明では、被駆動体の質量を小さくするためにキー・グループを構成して、キー・グループを被駆動体の単位にする。キー・グループの構成には、以下に説明するように打鍵する指の順番と打鍵速度の関係を考慮している。標準的な操作方法で両手打鍵をするときにユーザは各指が分担するキーを決めている。
【００３１】
図２には、９個のキー・グループ１０１〜１１７を示している。７個のキーからなるキー・グループ１０１は、左手の小指で打鍵するキーで構成する。４個のキーからなるキー・グループ１０３は、左手の薬指で打鍵するキーで構成する。４個のキーからなるキー・グループ１０５は、左手の中指で打鍵するキーで構成する。８個のキーからなるキー・グループ１０７は、左手の人指し指で打鍵するキーで構成する。
【００３２】
８個のキーからなるキー・グループ１０９は、右手の人指し指で打鍵するキーで構成する。４個のキーからなるキー・グループ１１１は、右手の中指で打鍵するキーで構成する。４個のキーからなるキー・グループ１１３は、右手の薬指で打鍵するキーで構成する。５個のキーからなるキー・グループ１１５は、右手の小指で打鍵するキーで構成する。キー・グループ１１７は、左手または右手の親指で操作するスペース・キーである。なお、図２は標準的な両手打鍵での指の分担の一例を示したものであり、各指が分担するキーの種類、数などはこれと異なっていてもよい。
【００３３】
ユーザは打鍵前にホーム・ポジションに指を配置する。ホーム・ポジションでは、左手の人指し指、中指、薬指、小指、および親指を、それぞれＦキー、Ｄキー、Ｓキー、Ａキー、およびスペース・キーに載せる。また、右手の人指し指、中指、薬指、小指、および親指を、それぞれＪキー、Ｋキー、Ｌキー、エンター・キー、およびスペース・キーに載せる。ユーザはホーム・ポジションから離れた位置にあるキーの打鍵が終了すると、指をホーム・ポジションの位置に戻して次の入力に備える。
【００３４】
連続打鍵をするときのキーの順番には、同一の指による同一のキー、同一の指による異なるキー、同一の手の異なる指による異なるキー、および異なる手の指による異なるキーがある。同一の指による同一のキーの連続打鍵は、たとえば左手の人指し指で連続的にＲキーを打鍵する場合である。この打鍵の順番は打鍵速度が速いため、各打鍵に応じて分離した触覚フィードバックをすることが難しくなる。ただし、このような打鍵の順番が通常の入力操作で発生する頻度は少なく、また、本発明により被駆動体の質量を小さくして上昇時間および停止時間を短くすることで、キー全体を振動させるよりは追従できるようになる。
【００３５】
同一の指による異なるキーの連続打鍵は、たとえば左手の人指し指によるＦキーの打鍵に続いてＲキーを打鍵する場合である。この打鍵の順番は、Ｆキーの打鍵を終えてからＲキーの打鍵のために指を移動させるため打鍵速度が他に比べて遅く、触覚フィードバックの分離の上ではさほど問題にならない。同一の手の異なる指による異なるキーの連続打鍵は、たとえば、左手の人指し指によるＦキーの打鍵に続いて中指でＥキーを打鍵する場合である。この打鍵の順番はＦキーの打鍵が終了する前に中指を移動することができるため打鍵速度が速く、図２に示すキー・グループ１０１〜１１７を一括して被駆動体とした場合には触覚フィードバックを分離できなくなる。
【００３６】
すなわち、Ｆキーを打鍵したときにはＥキーにも触覚フィードバックが発生する。続いて打鍵するためにＥキーに指を触れたときにＦキーの打鍵で生成した触覚フィードバックが継続していると、Ｅキーに対する打鍵によって触覚フィードバックをしても、ユーザはＥキーの触覚フィードバックを正しく知覚できない。異なる手の指による異なるキーの連続打鍵は、たとえば左手の人指し指によるＦキーの打鍵に続いて、右手の人指し指でＵキーを打鍵する場合である。この打鍵の順番も打鍵速度が速いため同様に従来の方法ではＵキーの打鍵に応じた触覚フィードバックを知覚することができない。
【００３７】
本発明では、図２のようにキー・グループ１０１〜１１７を構成して、各キー・グループを被駆動体の最小単位にする。Ｆキーに続いてＥキーを連続打鍵するときは、Ｆキーの打鍵に応じた触覚フィードバックは、キー・グループ１０７のキーにだけ付与し、Ｅキーすなわち他のキー・グループには付与しない。したがってユーザは、連続打鍵でＦキーに対する触覚フィードバックが終了しない間に打鍵されたＥキーに対する触覚フィードバックを知覚することができる。Ｆキーに続いてＵキーを打鍵するときも同様に触覚フィードバックを知覚できるようになる。
【００３８】
本発明では、被駆動体を分割して質量を小さくし上昇時間および停止時間を短くし、さらに、打鍵間隔がそれを越えて速くなったとしても先行するキーと後続のキーの被駆動体を分割することで触覚フィードバックの発生時間が重複しても知覚できるようにしている。異なる手の指による異なるキーの連続打鍵の際の打鍵速度が最も速くなるため、左手の指が分担するキーで構成したキー・グループと右手の指が分担するキーで構成したキー・グループと親指のキー・グループに分割してもよい。さらに、任意の複数のキー・グループに分割することでも、被駆動体の質量を低下させることができるため、キー全体を被駆動体にするよりも追従性を良好にすることができる。
【００３９】
［触覚フィードバック機構の構造］
図３はフラット型キーボード１００の分解斜視図で、図４（Ａ）はキー・グループ１０３の側面図で、図４（Ｂ）は偏心モータ１５３の斜視図である。他のキー・グループの構造も図４の構造から理解することができる。図３には、キー・グループ１０１〜１１７（ただし、キー・グループ１１７は１個のキー）と、各キー・グループ１０１に対応する駆動体と偏心モータを示している。駆動体と偏心モータについてはキー・グループ１０３に対応する駆動体１５１と偏心モータ１５３だけに参照番号を付与しているが、他のキー・グループについても同様に専用の駆動体と偏心モータを対応させて設けている。なお、偏心モータは各キー・グループに対応して設けないで、１個の偏心モータと当該偏心モータから各キー・グループに変位を伝達する伝達機構で構成してもよい。また、各駆動体に対して複数の偏心モータを設けてもよい。
【００４０】
図４でキー・グループ１０３は、２キーに対応するタッチセンサ１０３ａ、Ｗキーに対応するタッチセンサ１０３ｂ、Ｓキーに対応するタッチセンサ１０３ｃ、およびＸキーに対応するタッチセンサ１０３ｄで構成している。タッチセンサの検出原理は特に限定しないが、ここでは、静電容量式のタッチセンサを例示して説明する。静電容量式のタッチセンサは、操作面に対する指の接触を内部に構成した電極間の静電容量の変化として検出する。
【００４１】
タッチセンサ１０３ａ〜１０３ｄは、基板１６７の上に配置され全体がカバー１６５で包まれている。カバー１６５の上には、キー・グループ１０１〜１１７およびその他のキーも含めてキーボード１００の表面全体を覆うカバー・シート１６３を設けている。タッチセンサ１０３ａ〜１０３ｄ、基板１６７およびカバー１６５は、キー・グループ１０３が振動する単位となる被駆動体１５０を構成する。
【００４２】
カバー・シート１６３には、各キーの位置に対応するキーの名称を印字している。したがって、キーボード１００は、表面にこぼれた液体がキーまたはキー・グループ１０１〜１１７の隙間から内部に進入することはない。カバー・シート１６３の表面は平坦な操作面１６１を構成する。基板１６７の下部には圧力センサ１６５を設けている。
【００４３】
静電容量式のタッチセンサ１０３ａ〜１０３ｄは、指をホーム・ポジションに置いただけでタッチ操作を認識する。したがって標準的な両手打鍵の方法ではタッチセンサだけで、打鍵を識別することができない。圧力センサ１６５は、この点を補ってタッチセンサ１０３ａ〜１０３ｄによる打鍵を可能にする。指の分担が決まっているため各キー・グループでは必ずいずれか１個のキーにしかタッチしない。
【００４４】
圧力センサ１６５は、キー・グループ１０３のいずれかが押圧されたときに動作する。したがってコントローラは、キー・グループ１０３のキーについて、指の接触を検知したタッチセンサ１０３ａ〜１０３ｄから打鍵するキーを選択し、かつ、圧力センサ１６５が動作したときに選択したキーの打鍵を認識してメーク・コードを生成することができる。他のキー・グループでは、ホーム・ポジションのキーが選択されるが、コントローラは対応する圧力センサが動作しないかぎり打鍵を認識しない。コントローラは、圧力センサが圧力を検出しないときに打鍵の終了を認識してブレーク・コードを生成することができる。
【００４５】
静電容量式のタッチセンサ１０３ａ〜１０３ｄに代えて、歪みゲージ、抵抗膜、または機械式スイッチのような圧力センサを各キーに対応させて設けてもよい。この場合コントローラは、ホーム・ポジションに指が載せられただけでは打鍵を認識しないためキー・グループごとに設ける圧力センサが不要になり、各キーが押圧されたときに打鍵を認識することができる。圧力センサを発生させるための押圧で多少のキー・トラベルが発生する場合もあるが、パンタグラフ方式のようなタクタイルは実現できない。
【００４６】
基板１６７の下には、駆動体１５１が操作面１６１に平行に長手方向への振動が可能なように配置されている。駆動体１５１の端部には偏心モータ１５３を設けている。偏心モータ１５３は、回転軸１５３ｂに偏心重り１５３ｃを取り付けて、回転体の重心を回転軸から半径方向にシフトさせることにより本体１５３ａを振動させる。本体１５３ａの振動を直接または間接的に駆動体１５１に伝えることで被駆動体１５０が振動する。このとき、キー・グループ１０３の範囲に対応する操作面１６１にタッチしている指は触覚フィードバックを受けるが、他のキー・グループの領域に対応する操作面１６１にタッチしている指は、対応する偏心モータが振動しない限り触覚フィードバックを受けない。
【００４７】
偏心モータ１５３はロータ自体を半円型にするなどして振動を発生させるタイプのものでもよい。触覚フィードバックを提供するためのアクチュエータとしては、偏心モータの他に、電流を流したコイルと永久磁石の反発力を使ってコイルを振動させるリニア・バイブレータ、電圧を印加したときの機械的な伸縮を利用するピエゾ素子、または電流を流したときに振動する形状記憶合金などを利用したものでもよい。
【００４８】
駆動体１５１は、操作面１６１に垂直な方向に振動させてもよいが、平行な方向に振動させると、偏心モータ１５３を駆動体１５１の側に配置することができるため、薄型化を図る上で都合がよい。また、駆動体１５１を垂直方向に振動させると、操作面１６１が押下されて押下された部位が撓んだときに指に振動が伝わりにくくなる。その点で被駆動体１５０は操作面１６１に平行な方向の剛性が高く、指の押圧力があっても振動が制約されることがないため有利である。
【００４９】
図５は、キー・グループ１０３のいずれかのキーを打鍵したときのキー・グループ１０３の領域に対応する操作面１６１の振動波形を説明するための図である。縦軸は振幅で横軸は時間である。ライン２０１は比較のために、いずれかのキーを打鍵したときにすべてのキー・グループ１０１〜１１７のキーを同時に振動させる場合の波形を示し、ライン２０３は本実施の形態にかかる方法でキー・グループ１０３だけを振動させる場合の波形を示している。
【００５０】
時刻ｔ１でいずれかのキーまたはキー・グループ１０３のいずれかのキーを押圧するとコントローラはメーク・コードを生成する。メーク・コードを生成したコントローラが偏心モータ１５３を駆動してから遅延時間ＬＧ１、ＬＧ２が経過すると偏心モータ１５３の回転が始まる。ライン２０１の遅延時間ＬＧ１とライン２０３の遅延時間ＬＧ２は等しいとしてよいため、いずれも時刻ｔ２で振動が始まる。指が触覚フィードバックを受け取るには、所定の大きさの振動振幅が必要なため、ユーザは時刻ｔ３で触覚フィードバックを受け取る。
【００５１】
偏心モータ１５３が回転を始めてから、触覚フィードバックを生成できる程度の大きさまで被駆動体が振動するまでに費やす時間が上昇時間ＲＳ１、ＲＳ２に相当する。キー・グループ１０３からなる被駆動体１５０の質量はキー全体からなる被駆動体の質量よりも小さいため、ライン２０１の上昇時間ＲＳ１よりライン２０３の上昇時間ＲＳ２は短い。時刻ｔ３から時刻ｔ４までは触覚フィードバックを与える時間（フィードバック継続時間）ＣＯＮ１、ＣＯＮ２に相当する。
【００５２】
フィードバック継続時間ＣＯＮ１、ＣＯＮ２は等しいとする。フィードバック継続時間ＣＯＮ１、ＣＯＮ２が経過した時刻ｔ４でコントローラは偏心モータ１５３を停止する。偏心モータ１５３を停止させてから触覚フィードバックを与えない程度に被駆動体の振動振幅が小さくなるまでの時間が停止時間ＳＴＰ１、ＳＴＰ２に相当する。時刻ｔ５で触覚フィードバックが停止する。キー・グループ１０３からなる被駆動体１５０の質量はキー全体からなる被駆動体の質量よりも小さいため、ライン２０１の停止時間ＳＴＰ１よりライン２０３の停止時間ＳＴＰ２は短い。
【００５３】
被駆動体１５０は、キー全体を被駆動体にする場合よりも上昇時間ＲＳ２および停止時間ＳＴＰ２が短いため、同じフィードバック継続時間ＣＯＮ１、ＣＯＮ２を保っても、メーク・コードの生成から触覚フィードバックが停止するまでの時間を短くできる。したがって、同一の偏心モータで触覚フィードバックを付与する同一のキー・グループのキーを連続打鍵するときにも触覚フィードバックを分離し易くなる。また、上昇時間ＲＳ２が短いことは、メーク・コードの生成時刻と触覚フィードバックの発生時刻が接近するためユーザに良好な触覚フィードバックを与えることができる。
【００５４】
図６は、パンタグラフ式キーボードのタクタイルに近い触覚フィードバックを与える方法を説明する図である。図１１を参集して説明したように、パンタグラフ式キーボードでは、ラバー・ドームの急激な変形により圧力の急変をキー操作の間に１度だけ発生させてタクタイルを生成している。タクタイルに近い触覚フィードバックをするために、コントローラが時刻ｔ１でメーク・コードを生成すると、遅延時間ＬＧ３が経過してから偏心モータの回転が始まる。偏心モータを振動の場合よりも大きな振幅で回転させて被駆動体１５０にライン２０５のような振動波形の衝撃的な変位を１回だけ与えると、パンタグラフ式キーボードのタクタイルに近い触覚フィードバックを与えることができる。
【００５５】
［入力システム］
図７は、キーボード１００の機能的な構成を説明するための機能ブロック図である。キー・グループ群３０１は、キー・グループ１０１〜１１７に相当する。圧力センサ群３０５は、圧力センサ１６５を含む各キー・グループ１０１〜１１７に対応した圧力センサに相当する。アクチュエータ群３０９は、偏心モータ１５３を含む各駆動体に対応した偏心モータに対応する。
【００５６】
キー・コントローラ３０３は、キー・グループ群３０１から指を検出したタッチセンサに対応するキーのメーク信号とブレーク信号を受け取り、圧力コントローラ３０７から圧力センサが動作したキー・グループを示す圧力信号を受け取って打鍵されたキーを特定し、当該キーのメーク・コードとブレーク・コードをインターフェース３１３に出力する。圧力コントローラ３０７は、圧力センサ群３０９の中から打鍵の圧力を検出した圧力センサに対応するキー・グループを示す圧力信号をキー・コントローラ３０３とアクチュエータ駆動回路３１１に送る。インターフェース３１３は、有線または無線でタブレット端末やノートＰＣのシステムにキー・コードを転送する。アクチュエータ駆動回路３１１は、圧力コントローラ３０７から、圧力信号を受け取ってから所定の時間だけ対応するキー・グループの偏心モータを動作させ、一定の時間が経過した後に停止させる。
【００５７】
［電子機器への適用例］
フラット型キーボード１００は、図８に示すようにタッチスクリーン４０１を備えるタブレット端末４００と無線または有線のインターフェースで接続して使用することができる。ユーザは、簡単な入力はタッチスクリーン４０１が表示するソフトウェア・キーボードで入力することができるが、大量の文字を入力する場合は、フラット型キーボード１００を利用すると都合がよい。
【００５８】
フラット型キーボード１００は、ノートＰＣ５００において、ディスプレイ５０１を収納するディスプレイ筐体５０３とヒンジ機構５０５ａ、５０５ｂで結合したシステム筐体５１１にタッチパッド５１１などのポインティング・デバイスともに実装することもできる。この場合はフラット型キーボード１００を採用するとノートＰＣ５００を薄型に製作する上で特に都合がよい。
【００５９】
これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【符号の説明】
【００６０】
１００  フラット型キーボード（キーボード）
１０３ａ〜１０３ｄ  タッチセンサ
１０１〜１１７  キー・グループ
１５０  被駆動体
１５１  駆動体
１５３  偏心モータ
１６１  操作面
１６３  カバー・シート
１６５  圧力センサ
１６７  基板
４００  タブレット端末
５００  ノーＰＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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