(57)【要約】【課題】  割当て文字変更の柔軟性を維持しつつ、各キーを触覚的に識別できるようにする。【解決手段】  キーユニット（１２）のキートップ（３０）は、低位置と当該低位置より高い突出位置との間で移動可能である。キー制御装置（５０）は、各キーユニット（１２）について、キートップ（３０）を低位置と突出位置との間で移動させることができ、キートップ（３０）のユーザによる操作を検知できる。複数のキーユニット（１２）を被うように、表示内容を書換え可能なディスプレイシート（１６）を配置する。キーユニット（１２）のキートップ（３０）が突出位置にあるとき、ディスプレイシート（１６）が、突出位置にあるキートップ（３０）により部分的に盛り上がり状態になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１位置と当該第１位置より高い第２位置との間で移動可能なキートップをそれぞれ具備する複数のキーユニット（１２）と、
当該複数のキーユニットのそれぞれについて、当該キートップを当該第１位置と当該第２位置との間で移動させ、当該キートップのユーザによる操作を検知するキー制御装置（５０）と、
当該複数のキーユニット（１２）を被い、表示内容を書換え可能なディスプレイシート（１６）
とを具備し、
当該キーユニットの当該キートップが当該第１位置にあるとき、当該ディスプレイシートが平坦であり、当該第２位置にあるとき、当該ディスプレイシートが、当該第２位置にある当該キートップにより部分的に盛り上がり状態になることを特徴とする操作装置。
【請求項２】
更に、当該ディスプレイシート（１６）の表示内容を書き換える表示駆動装置（５２）を具備することを特徴とする請求項１に記載の操作装置。
【請求項３】
更に、当該ディスプレイシートを保持するカバーシートであって、当該複数のキーユニットのそれぞれのキートップが、突出位置への移動の際に通過可能な開口（１４ａ）を有するカバーシート（１４）を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の操作装置。
【請求項４】
当該複数のキーユニットのそれぞれが、電圧を印加することによりキートップを突出させるアクチュエータを有することを特徴とする請求項1乃至３の何れか１項に記載の装置。
【請求項５】
当該アクチュエータは圧電バイモルフ素子であることを特徴とする請求項４に記載の操作装置。
【請求項６】
当該アクチュエータは圧電ユニモルフ素子であることを特徴とする請求項４に記載の操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作装置に関し、より具体的には、操作キーの位置、サイズ又は割り当て文字を自在に変更可能な操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を表示しつつ、種々の選択肢を指示入力する装置としては、銀行ＡＴＭ、各種の情報端末、及びカーナビゲーションシステム等で使用されるタッチパネルが良く知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
タッチパネルには様々な方式があるが、一般的に、ディスプレイ装置の画面上に薄いタッチセンサ膜を貼り付けた構造からなる。キーの配置や割り当て文字（又は機能）を状況に応じて変更できるだけでなく、ディスプレイ装置の表示画像を変更することで、割り当て文字（又は機能）だけでなく、画面上の位置も変更できるので、柔軟なマン・マシーン・インターフェースを実現できる（特許文献２参照）。
【０００４】
他方、画面の横に操作キーを配置する構成、又は、コンピュータのキーボードのように、専用の文字入力装置を使用する構成では、基本的に、選択キー又は入力文字の配置を変更できない。シフトキー、コントロールキー又はファンクションキーなどと同時に別のキーを押すことで、一つのキーに複数の文字又は機能を割り当てることができる。この構成は、個々の操作キーが物理的に充分に分離されており、手触りだけでも個々の操作キーを識別できるので、誤って隣のキーを押すといった間違いを犯しにくい。
【特許文献１】特開２００５−３２１９４８号公報
【特許文献２】特開２００１−３５０５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
タッチパネルは、ディスプレイ上面のガラス（あるいはプラスチック）板上にタッチセンサ膜を貼り付けているので、キーボードと異なり、物理的な凹凸によるキーの分離が不可能である。また、キーを触覚で識別することができない。
【０００６】
タッチパネルでは、押下する指の圧力が小さいと、キー入力が正しく判定されないことがある。ユーザから見ると、押下圧力が小さいので、キー入力が認識されないのか、キー領域からはずれた領域を押下しているのかを識別するのが困難である。
【０００７】
これに対しては、キー入力と同時に音を出してキーが押されたことを確認する方式が用いられる。しかし、この方式は、音を出してはいけない環境では使えない。また、多数のキーを連続して押下する必要がある場合、入力速度が速くなると、ユーザは、確認音を認識する前に次のキーを押すことになり、結果として誤入力につながりやすい。
【０００８】
タッチパネルでは、スタイラスと呼ばれるペンを用いることで小さなキーを確実に押せるようにできるが、この場合は指を用いたときに比べて入力速度が大幅に低下する。
【０００９】
本発明は、このような不都合を解消し、タッチパネルの柔軟性を確保しつつ、個々の操作キーを触覚で容易に識別できる操作装置を提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る操作装置は、第１位置と当該第１位置より高い第２位置との間で移動可能なキートップをそれぞれ具備する複数のキーユニットと、当該複数のキーユニットのそれぞれについて、当該キートップを当該第１位置と当該第２位置との間で移動させ、当該キートップのユーザによる操作を検知するキー制御装置と、当該複数のキーユニットを被い、表示内容を書換え可能なディスプレイシートとを具備し、当該キーユニットの当該キートップが当該第１位置にあるとき、当該ディスプレイシートが平坦であり、当該第２位置にあるとき、当該ディスプレイシートが、当該第２位置にある当該キートップにより部分的に盛り上がり状態になることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、各キーユニットのキートップを適宜に第２位置に移動させることで、キー領域を触覚でも認識できるようになる。ディスプレイシートで割り当て文字等を表示することで、各キーユニットの割り当て文字などを、従来のタッチパネルと同様に、自在に変更できる。ディスプレイシートに表示する情報とあいまって、文字等の入力の操作性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施例の分解斜視図を示す。ベース板１０上に複数個のキーユニット１２がマトリックス状に配置されている。図１に示す例では、３×３のキーユニット１２が配置されているが、実際には、これ以上のキーユニット１２が配置される。各キーユニット１２は同じ構成からなる。全キーユニット１２を被うように、カバーシート１４を積層し、カバーシート１４の上に更に、可撓性のディスプレイシート１６を積層してある。ディスプレイシート１６は、表示情報を電子的に書換え可能なシート状のディスプレイ、例えば、電子ペーパからなる。
【００１４】
詳細は後述するが、本実施例では、各キーユニット１２は、そのキートップが低位置と低位置より高く上昇した突出位置の２つの位置をとることができる。突出位置では、キーユニット１２のキートップが、ディスプレイシート１６を押し上げる程に高く上昇する。突出位置では、ユーザは、ディスプレイシート１６の上から触覚でキーの位置を識別できるようになる。このために、ディスプレイシート１６は、キーユニット１２のトップの上昇による変形を許容する程度の可撓性を有する。また、カバーシート１４には、キーユニット１２のトップが貫通する開口１４ａを、キーユニット１２の配置に合わせて開けてある。
【００１５】
キー制御装置５０が、各キーユニット１２のキートップを個別に低位置から突出位置に又は突出位置から低位置に移動させることができ、突出位置にある各キーユニット１２のユーザによるキー操作を検知できる。表示駆動装置５２が、ディスプレイシート１６を駆動して、所望の画像を表示させる。電子ペーパでは、書換え時のみに駆動信号をディスプレイシート１６に印加すればよい。制御装置５４は、表示すべき画像の画像データを表示駆動装置５２に供給すると共に、キー制御装置５０を制御して、任意のキーユニット１２のキートップを突出位置まで上昇させ、各キーユニット１２のキー操作信号をキー制御装置５０から受信する。制御装置５４は、外部機器と通信可能であり、当該外部機器から表示すべき画像の画像データを受信し、個々のキーユニット１２のキー操作結果を当該外部機器に送信する。
【００１６】
図２は、キーユニット１２の断面形状の構造と駆動・検出回路４０の構成を示す。駆動・検出回路４０が、各キーユニット１２に対してキー制御装置５０内に設けられている。図２では、断面形状の縦横の寸法は、誇張して図示されており、実際の寸法を正確に示すものではない。
【００１７】
各キーユニット１２は、電気的な駆動でキートップ３０を上下動させることができ、かつ、押圧力を検出して電気信号を生成する圧電バイモルフ素子からなる。共通電極２０と上部電極２２の間に圧電セラミックス２４を挟み、共通電極２０と下部電極２６の間に圧電セラミックス２８を挟んでいる。上部電極２２の先端部分には、半球状のキートップ３０を固定してある。キートップ３０は、例えば、変形しにくい剛性のゴム材からなる。
【００１８】
駆動・検出回路４０は、上述のバイモルフ素子に直流電圧を印加することで、キーユニット１２のキートップ３０をカバーシート１４の開口１４ａ内に入りこむほどに変位させることができ、また、ユーザによるキートップ３０の押下を電気的に検出できる。出力電圧Ｖ１の直流電圧源４２の一端は、抵抗４４及び常開スイッチ４６を介して上部電極２２に電気的に接続し、直流電圧源４２の他端は、共通電極２０に電気的に接続する。電圧計４８が、共通電極２０と下部電極２６との間の電圧Ｖ２を計測する。上部電極２２と下部電極２６は、短絡されている。即ち、いわゆる「並列接続型」のバイモルフである。電圧計４８により計測される電圧値の変化量が所定値以上の場合に、キー制御装置５０は、キー操作の存在を示すキー操作信号を制御装置５４に供給する。
【００１９】
スイッチ４６を閉成すると、直流電圧源４２の出力電圧が圧電セラミック２４に印加される。これにより、図３に示すように、キートップ３０が、開口１４ａに入りこんでディスプレイシート１６を押し上げる程に、上方向に変位する。図３に示す例では、キートップ３０がｈだけ上方に変位しており、ディスプレイシート１６を僅かに押し上げる。図４は、キーユニット１２を起立させたときの、本実施例の外観斜視図を示す。ディスプレイシート１６上の、キーユニット１２に応じた位置に、部分的に盛り上がった突起１６ａが出現する。
【００２０】
図４に示す状態で、ユーザが、ディスプレイシート１６上から突起１６ａを押下すると、図５に示すように、キートップ３０が押し下げられる。図５に示す例では、Δｈだけキートップ３０が押し下げられる。この押し下げによる圧電セラミックス２４，２８の変形により、キーユニット１２の圧電バイモルフ素子で電圧が発生し、電圧計４８が、共通電極２０と下部電極２６間の電圧Ｖ２の変化を計測する。この電圧変化が、キー押下操作として検知される。
【００２１】
図６は、２×２のキーユニット１２を単位としてキー領域を設定した例の平面図を示す。キー領域内のキーユニット１２に対しては、スイッチ４６を閉成する。キー領域間には、行方向では１列分のキーユニット１２のスイッチ４６を開放状態とし、列方向では１行分のキーユニット１２のスイッチ４６を開放情態にしている。ユーザの操作でキー領域内のキーユニット１２と、キー領域外のキーユニット１２が同時に押下された場合には、制御装置５４は、キー領域内の操作か否かを多数決原理で判定する。
【００２２】
図７は、図６に示すキー領域の設定例に対するディスプレイシート１６の表示例を示す。各キー領域内には、対応する文字や制御内容等を表示する。キー領域を示すような枠線を表示してもよいし、キー領域内をキー領域外とは異なる色で表示してもよい。キー領域の大きさと位置を任意に設定できる。
【００２３】
また、本実施例では、多数のキーユニット１２を含むようにキー領域を設定し、そのキー領域内を指又はスタイラスをなぞるように移動することで、いわゆるタッチパッドと同様の操作感を実現できる。図８は、タッチパッドとして使用する場合の平面図を示す。タッチパッド領域を示す枠線又は画像をディスプレイシート１６に表示する。同時に、タッチパッド領域内のキーユニット１２のキートップ３０を突出位置に移動させる。
【００２４】
このように、本実施例では、表示装置とタッチパネルの組み合わせからなる従来例と同様に、入力文字等の操作内容を自在に変更できるという利点を保持しつつ、操作範囲を手触りによる識別できるので、操作性が格段に向上する。
【００２５】
なお、本実施例では、センサ・アクチュエータなどに広く応用されている、圧電セラミックスによる並列接続型バイモルフを、各キーユニットのキートップを突出させるアクチュエータとして使用したが、本発明はこれに限定されることはない。例えば材料は圧電性を示すものであればセラミックスに限ることはなく、高分子（プラスチック）材料であってもかまわない。また、並列接続型ではなく直列接続型のバイモルフであってもかまわない。さらには、バイモルフではなくユニモルフであってもかまわない。以上のような材料・回路構成の選択は、キーユニットの変位量と電圧の関係と実際の機器の寸法・消費電力・電圧検出感度などから決定すべき選択肢である。
【００２６】
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例の分解斜視図である。
【図２】キーユニット１２の断面構成と、駆動・検出回路４０の概略構成を示す図である。
【図３】キーユニット１２のキートップ３０を突出させた状態の断面図である。
【図４】キートップを突出させた状態の本実施例の斜視図を示す。
【図５】キートップを押下したときのキーユニット１２の断面図である。
【図６】２×２のキーユニットをキー領域とした例の平面図である。
【図７】キー領域と割り当て文字の表示の一例である。
【図８】タッチパッド的な使用の場合の平面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０：ベース板
１２：キーユニット
１４：カバーシート
１４ａ：開口
１６：ディスプレイシート
１６ａ：突起
２０：共通電極
２２：上部電極
２４：圧電セラミックス
２６：下部電極
２８：圧電セラミックス
３０：キートップ
４０：駆動・検出回路
４２：直流電圧源
４４：抵抗
４６：常開スイッチ
４８：電圧計
５０：キー制御装置
５２：表示駆動装置
５４：制御装置
【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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