(57)【要約】【課題】  入力キーの個数の増加や電極が形成される基板の小型化がなされたとしても電極および導線の形成が容易となる入力装置を提供すること【解決手段】  入力装置１は、３行３列以上の行列に配置して形成されている複数の入力キー２と、入力キー２の配列によって形成された行間と列間との交差点を包囲する全ての入力キーの全面もしくは一部分の面と対向して形成されている電極３と、静電容量Ｃが変化した電極２の組み合わせによって複数の入力キー２の中から操作された入力キーを特定する入力キー検出手段とを備えている。これによって、電極３は入力キー２の形成個数よりも少なく形成することが可能となる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３行３列以上の行列に配置して形成されている複数の入力キーと、
前記入力キーの配列によって形成された行間と列間との交差点を包囲する全ての入力キーの全面もしくは一部分の面と対向して形成されている電極と、
静電容量が変化した前記電極の組み合わせに応じて前記複数の入力キーの中から操作された入力キーを特定する入力キー検出手段と
を備えていることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記入力キー検出手段は、
クロック信号を発生するクロック信号生成手段と、
前記入力キーに人体が接近または接触したときの前記電極の静電容量に応じて前記クロック信号に遅延処理を行なう遅延手段と、
前記遅延処理がなされた前記クロック信号と前記遅延処理がなされていない前記クロック信号とを入力し、前記遅延処理がなされたクロック信号の遅延量に応じて出力信号を出力する論理積手段と、
前記論理積手段の出力信号を平滑化してアナログ信号にする平滑手段と、
前記アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記ディジタル信号の組み合わせによって人体が接近または接触した入力キーを特定する制御部と
を有していることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記電極は、前記入力キーと対向しない部分に、前記入力キーの操作に感応しない不感部を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力装置に係り、特に、複数の入力キーを有する小型携帯端末機などの入力装置に好適に利用可能となる入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複数の入力キーを有する入力装置は、パーソナルコンピュータのキーボードや電卓や携帯電話機などのテンキーなどに広く用いられている。このような入力装置として、現在、様々な入力方式のものが存在しているが、その中でも、静電容量変化型の入力装置は他の方式の入力装置と比較して薄型化および低廉化をより効率的図ることができるものである。
【０００３】
その静電容量変化型の入力装置は、表面シートに印刷成形された入力キーと、この入力キーと対向する位置に配設された平板状の電極と、この電極の静電容量の変化を検出する制御部とによって形成されている。そして、入力キーに人体が接近または接触することによって発生する電極の静電容量の変化をその制御部が検出することによって、所望のキー入力を行なうことが可能となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０１１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述のように形成された静電容量変化型の入力装置においては、操作される入力キーとその入力キーと対向する電極とが１対１に対応して配置されているため、入力キーの個数の増加に伴う３つの問題が生じていた。
【０００６】
第１の問題は、電極および導線の形成に係る問題である。入力キーの個数が増加すると、その入力キーの個数の増加と同数量分だけ入力キーと対向している電極の個数およびその電極に接続している導線の個数が増加する。そうなったとき、その増加前と同一面積の基板を形成するならば、電極および導線の面積を縮小して形成しなければならない。さらに、基板の面積が小さいほどそれらの電極を小さくしたり、導線を細くする必要があるので、それらの形成が困難となる。
【０００７】
第２の問題は、基板の小型化に係る問題である。入力キーの個数が増加したときに、その増加前と同一面積の電極および導線を形成するならば、電極および導線が形成されている基板の面積を拡大して形成しなければならず、入力装置の小型化を図ることができないという問題が生じた。
【０００８】
第３の問題は、製造コストの増加に係る問題であり、第１の問題に対して副次的に発生する問題である。第１の問題においても述べたように、基板を拡大させない限り、入力キーの個数が増加すると電極および導線の形成が困難となる。すなわち、小さくかつ細い電極および導線を形成するためには高い形成技術を要するため、最終的には入力装置の製造コストを増加させるという問題が生じた。これは、その基板の面積が小さくなるほどその製造コストは多く増加する傾向になっている。
【０００９】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、入力キーの個数の増加や電極が形成される基板の小型化がなされたとしても電極および導線の形成が容易となる入力装置を提供することを本発明の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するため、本発明である入力装置は、その第１の態様として、３行３列以上の行列に配置して形成されている複数の入力キーと、入力キーの配列によって形成された行間と列間との交差点を包囲する全ての入力キーの全面もしくは一部分の面と対向して形成されている電極と、静電容量が変化した電極の組み合わせによって複数の入力キーの中から操作された入力キーを特定する入力キー検出手段とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の入力装置は、その第２の態様として、その第１の特徴を有する入力装置に備わる入力キー検出手段が、クロック信号を発生するクロック信号生成手段と、入力キーに人体が接近または接触したときの電極の静電容量に応じてクロック信号に遅延処理を行なう遅延手段と、遅延処理がなされたクロック信号と遅延処理がなされていないクロック信号とを入力し、遅延処理がなされたクロック信号の遅延量に応じて出力信号を出力する論理積手段と、論理積手段の出力信号を平滑化してアナログ信号にする平滑手段と、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、得られたディジタル信号の組み合わせによって人体が接近または接触した入力キーを特定する制御部とを有していることを特徴としている。
【００１２】
そして、本発明の入力装置は、その第３の態様として、その第１または第２の特徴を有する入力装置に備わっている電極が、入力キーと対向しない部分に、入力キーの操作に感応しない不感部を有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の入力装置の主たる特徴によって、電極および導線の形成個数を少なくすることが可能となり、入力キーの個数の増加や電極が形成される基板の小型化がなされたとしても電極および導線の形成が容易となるという効果を奏する。これにより、電極および導線の形成が容易となるため、入力装置の製造コストが低廉なものとなるという副次的な効果も奏する。
【００１４】
また、本発明の入力装置の他の特徴によって、入力キーが形成されていない部分から入力されてしまうような誤動作を防止することが可能となるため、入力装置の信頼性を向上させる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１から図５を参照しながら本発明である入力装置の実施形態の一例を説明する。
【００１６】
ここで、図１から図５について説明する。図１は本発明である入力装置の実施形態の一例を一部斜視的に示したものである。具体的にいうと、図１は入力装置を備える電子機器の筐体に挟まれて配設されている表面シート、入力キー、基板、および電極を示している。図２および図３は、入力キーを整列配置した場合の基板に形成された電極および導線の成型パターンの例を正面から示したものである。具体的には、図２は電極を矩形状に形成したものを示しており、図３は入力キーの形状にあわせて特殊な形状に形成したものを示している。なお、この図２および３における実線で描かれたものは電極および導線を示しており、破線で描かれたものは表面シートおよび表面シートに印刷形成された入力キーを示している。図４は本実施形態に係る入力キー検出手段の一例を示している。ここで、図４においては、１つの入力キーの操作に対して複数の電極が同時に感応する状況を示しているため、１つの人体（指）Ｈを複数個描写してその操作状況を示している。そして、図５は電極の静電容量の変化の一例をグラフにて示している。
【００１７】
本実施形態の入力装置１は、図１に示すように、コンピュータ、電卓、携帯電話機、ＰＤＡなどの入力装置１として、電子機器の筐体１０Ａおよび１０Ｂ内に配設されていることを想定して形成されている。この入力装置１は、表面シート５上に形成された入力キー２と、基板６上に形成された電極３と、電極３と接続されている入力キー検出手段（図１においては図示せず）とを備えている。
【００１８】
この入力キー２は、図１に示すように、誘電性の表面シート５の外面（人体Ｈとの接触面）上に印刷形成されている。また、図２に示すように、この入力キー２は３行５列に配列して形成されている。なお、図２および図３に示す入力キー２の部品番号は、最上段（一列目）左方から右方に進行し、同列右端についたら下段左端から再度右方に進行する順に、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、・・・、２Ｎ、２Ｏとしている。
【００１９】
複数の電極３を有する基板６は、図１に示すように、表面シート５と対向する位置に配置されており、その電極３は基板６の表面シート対向面上に印刷形成されている。また、これらの電極３は、図２に示すように、３行５列の入力キー２によって形成された行間と列間との交差点を包囲する入力キー２の全面もしくは一部分の面と対向するように形成されている。前述した形成パターンを具体的に説明すると、例えば、入力キー２Ａおよび２Ｆによって形成された行間と入力キー２Ａおよび２Ｂによって形成された列間との交差点は、入力キー２Ａ、２Ｂ、２Ｆ、および２Ｇに包囲されている。そして、これらの入力キー２Ａ、２Ｂ、２Ｆ、および２Ｇの全面（２Ａ）もしくは一部分の面（２Ｂ、２Ｆおよび２Ｇ）と対向するように電極３Ａが形成されている。そして、その電極３Ａ以外の電極３も電極３Ａと同様にして形成されている。なお、図２および図３に示す電極３の部品番号は、最上段（１列目）左方から右方に進行し、同列右端についたら下段（２列目）左端から再度右方に進行する順に、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、・・・、３Ｇ、３Ｈとする。
【００２０】
ここで、基板６上に形成される電極３の形状は、図２に示すような矩形状に限られない。例えば、図３に示すように、基板６上に形成された各電極３は、入力キー２との対向位置にあって人体Ｈとの感応に対して積極的に関与する複数の矩形状感応部３Ａａと、入力キー２と対向しない位置に感応部３Ａａよりも面積を小さくして同一電極内の複数の感応部３Ａａ間を接続する細線状の不感部３Ａｂとを有して形成されていてもよい。
【００２１】
電極３と接続している導線４の一端には、静電容量Ｃが変化した電極３の組み合わせによって複数の入力キー２の中から操作された入力キーを特定する入力キー検出手段が接続されている。この入力キー検出手段は、図４に示すように、８個（電極３の形成個数）の検出チャンネルＣＨと、８個の検出チャンネルＣＨと接続されている制御部１６とを有して形成されている。また、各検出チャンネルＣＨは、クロック信号生成手段１１、遅延手段１２、論理積手段１３、平滑手段１４およびＡ／Ｄ変換手段１５を有して形成されている。
【００２２】
クロック信号生成手段１１は、所定の周波数からなる規則的なパルス信号を連続的に出力するように形成されている。このクロック信号生成手段１１の一方の出力端子は遅延手段１２の入力端子と接続しており、その他方の出力端子は論理積手段１３の入力端子と接続している。なお、各検出チャンネルＣＨは、クロック信号生成手段１１を共用して形成されている。
【００２３】
遅延手段１２は、抵抗Ｒおよび前述した電極３を有して形成されている。この遅延手段１２の出力端子は論理積手段１３の入力端子と接続している。
【００２４】
論理積手段１３は、ＡＮＤゲート回路を用いて形成されている。この論理積手段１３の２つの入力端子は、前述したように、クロック信号生成手段１１および遅延手段１２の出力端子と接続している。そして、論理積手段１３の出力端子は、平滑手段１４の入力端子と接続している。
【００２５】
論理積手段１３の出力端子と接続している平滑手段１４は、抵抗ｒおよびコンデンサｃを有する平滑回路によって形成されている。この平滑手段１４の出力端子はＡ／Ｄ変換手段１５の入力端子と接続している。
【００２６】
平滑手段１４と接続しているＡ／Ｄ変換手段１５は、Ａ／Ｄコンバータを用いて形成されている。このＡ／Ｄ変換手段１５の出力端子は、制御部１６に形成された８個の入力端子の内の１つと接続している。
【００２７】
各検出チャンネルＣＨが接続された制御部１６は、演算処理を行なうＣＰＵ（図示せず）を有して形成されている。また、この制御部１６は、電極３の静電容量Ｃの変化を検出した各検出チャンネルＣＨの組み合わせに応じて、１５個の入力キー２の中から人体Ｈが接触もしくは近接された入力キーを特定するように形成されている。
【００２８】
次に、本実施形態の入力装置１の作用について説明する。
【００２９】
本実施形態の入力装置１は、８個の電極３から得られる検出パターンによって１５個の入力キー２の中から特定の入力キーを検出することが可能となっている。例えば、図２に示す３行５列の入力キー２Ａ、２Ｂ、・・・、２Ｎ、２Ｏのうち、第２行第２列の入力キー２Ｇに人の手や指などの人体Ｈの一部分が接近または接触した場合、当該入力キー２Ｇと部分的に対向している４つの電極３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、および３Ｆの静電容量Ｃが変化する。これは、４つの各電極３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、および３Ｆと人体Ｈとによって、人体Ｈを一端の電極としたコンデンサが形成されるためである。これら４つの電極３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、および３Ｆの静電容量Ｃは、４つの各電極３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、および３Ｆと人体Ｈとの対向面積Ｓおよび対向距離ｄによって変化するものであり、一般的に以下の式によって求められる。
【００３０】
【数１】
2006235804.tif 000003
【００３１】
ここで、εは各電極３と人体Ｈとの間の誘電率、Ｓは各電極３と人体Ｈとの間の対向面積、ｄは電極３と人体Ｈとの間の対向距離である。また、誘電率εは表面シート５の誘電率と空気の誘電率との総和となっている。
【００３２】
４つの各電極３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、および３Ｆに人体Ｈを接近または接触させると、４つの各電極３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、および３Ｆと人体Ｈとの対向距離ｄが小さくなり、それらの対向面積Ｓが大きくなるため、数１式より、４つの各電極３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、および３Ｆの静電容量Ｃの値が大きくなる。すると、４つの各電極３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、および３Ｆが接続している各検出チャンネルＣＨの遅延手段１２に備わっている抵抗Ｒとそれら４つの電極３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、および３Ｆの静電容量Ｃとの積とによって算出される時定数ＣＲが大きくなる。そのため、クロック信号生成手段１１から遅延手段１２に入力されたクロック信号ＣＫには、遅延処理が施される。
【００３３】
ここで、クロック信号生成手段１１によって生成されたクロック信号ＣＫを参照しながら、静電容量Ｃの異なる場合における遅延処理が施されたクロック信号ＳａおよびＳｂとを図５（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。
【００３４】
入力キー２Ｇに人体Ｈが接近または接触した場合、遅延手段１２の時定数ＣＲが大きくなることから、遅延手段１２から出力されるクロック信号Ｓａは、図５（ｂ）に示すように、矩形波状（クロック信号ＣＫ）から三角波状（実線）に遅延処理される。また、入力キー２Ｇから人体Ｈが遠ざかった場合、数１式より遅延手段１２の時定数ＣＲが小さくなることから、遅延手段１２から出力されるクロック信号Ｓｂは、クロック信号ＣＫよりもパルス幅の狭い略矩形波状のクロック信号（一点鎖線）となる。つまり、静電容量Ｃの違いによって、遅延手段１２から得られるクロック信号ＳａおよびＳｂの波形は大きく異なることとなる。
【００３５】
遅延手段１２の時定数ＣＲが大きい場合のクロック信号Ｓａと未処理のクロック信号ＣＫとを論理積手段１３に入力すると、図５（ｃ）（図５に符号ｃを加入下さい）に示すように、しきい値ＴＨを基準として得られたパルス幅ｔａを有する矩形状のパルス波Ｐａが出力される。一方、遅延手段１２の時定数ＣＲが小さい場合のクロック信号Ｓｂと未処理のクロック信号ＣＫとを論理積手段１３に入力すると、同様にして得られたパルス幅ｔｂを有する矩形状のパルス波Ｐｂが出力される。パルス波Ｐａのパルス幅ｔａとパルス波Ｐｂのパルス幅ｔｂとの大小関係はｔａ＜ｔｂとなる。つまり、時定数ＣＲが大きくなるとパルス幅は狭くなり、平滑手段１４から得られるアナログ信号の出力電圧の値は小さくなる。具体的には、図５（ｄ）に示すように、入力キー２Ｇに人体Ｈが接近または接触した場合、アナログ信号の出力電圧の値ＡａはＶａとなり、入力キー２Ｇから人体Ｈが遠ざかった場合、アナログ信号Ａｂの出力電圧の値はＶａよりも大きな値となるＶｂとなる。
【００３６】
平滑化されたアナログ信号ＡａもしくはＡｂがＡ／Ｄ変換手段１５に入力されると、所定のサンプリング周期をもって検出されることにより、平滑手段１４から得られたアナログ信号ＶａもしくはＶｂはディジタル信号ＤａもしくはＤｂ（図示せず）に変換される。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換手段１５によって得られたディジタル信号ＤａもしくはＤｂは制御部１６に送られる。この制御部１６は、所定のしきい値をディジタル信号ＤａもしくはＤｂが超えたか否かを検知することにより、各電極３が人体Ｈと感応したか否かを検出することができるようになっている。つまり、入力キー２Ｇに人体Ｈを接近または接触させて静電容量Ｃが変化（ＣＲが増大）した４つの電極３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、および３Ｆを有する各検出チャンネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ５およびＣＨ６のすべてから、各電極３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、および３Ｆに人体Ｈが近接した旨のディジタル信号が制御部１６に入力され、その制御部１６が入力されたディジタル信号の検出結果を組み合わせることによって、複数の入力キー２の中から人体Ｈが接近または接触した入力キー２Ｇを特定することが可能となる。なお、参考までに、本実施形態の検出パターンの組み合わせを以下の表１に記載する。
【００３８】
【表１】
2006235804.tif 000004
【００３９】
すなわち、本実施形態の入力装置１によって、電極３の配設個数が入力キー２の配設個数よりも少なくすることが可能となる。これは、ＰＤＡや携帯電話などの入力装置１を伴う携帯端末機などを小型化する場合に極めて好適に利用されうるものである。
【００４０】
また、図３に示すように、矩形状に形成された複数の感応部３ａと入力キー２と対向しない位置に形成されている細線状の不感部３ｂとを有して各電極３を形成することによって、入力装置１はキー入力による誤動作を防ぐことが可能となる。これは、入力キー２の操作面以外の面と対向している電極３の不感部３ｂがその感応部３ａよりも面積が極めて小さく形成されていることよって、遅延手段１２の時定数ＣＲの変化が小さくなるため、人体Ｈの接近または接触を制御部１６が検出できないようになっているためである。
【００４１】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、本実施形態の入力キー２は３行５列の行列に形成されているが、３行３列以上の行列に配列して入力キー２を形成する限り、本発明の実施が可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明である入力装置の実施形態の一例を示す概念斜視図
【図２】本発明である入力装置の入力キーを整列配置した場合の基板に形成された電極および導線の成型パターンの一例を示す正面図
【図３】本発明である入力装置の入力キーを整列配置した場合の基板に形成された電極および導線の成型パターンの他の一例を示す正面図
【図４】本実施形態に係る入力キー検出手段の一例を示す回路図
【図５】本実施形態に係る電極の静電容量の変化の一例を示すグラフ：（ａ）はクロック信号の、（ｂ）は遅延手段から出力されたクロック信号、（ｃ）は論理積手段から出力されたクロック信号、（ｄ）は平滑手段から出力された出力信号を示すグラフ
【符号の説明】
【００４３】
１  入力装置
２  入力キー
３  電極
５  表面シート
６  基板
１１  クロック信号生成手段
１２  遅延手段
１３  論理積手段
１４  平滑手段
１５  Ａ／Ｄ変換手段
１６  制御部
Ｃ  （電極と人体とによって形成されるコンデンサの）静電容量
Ｈ    人体（の指）  
【図１】
2006235804.tif 000005
【図２】
2006235804.tif 000006
【図３】
2006235804.tif 000007
【図４】
2006235804.tif 000008
【図５】
2006235804.tif 000009