(57)【要約】【課題】  携帯電話機等の電子機器へ入力釦操作の方向、操作量、操作速度の信号をクリック感を伴って入力できる入力装置を実現する。【解決手段】  複数のオン／オフ・スイッチ要素１０が配置された回路基板１３と、これに対向する面上の各スイッチ要素に対応する位置に、スイッチ押圧突起１５が形成された柔軟なエラストマー製のキーパッド１２と、キーパッドの押圧突起形成面とは反対の面に固着され、操作者がこれを操作してデータを入力する硬質材料製のキートップ１１と、各スイッチ要素からのオン／オフ信号を処理する信号処理手段２０とを備え、各スイッチ要素と押圧突起の組は、キートップの中心を通る垂線上と、キートップの中心を囲む複数の同心円と該中心を通る複数の半径との各交点を通る垂線上に配置され、各押圧突起の長さが同心円毎に異なり、信号処理回路は、操作方向・操作量検出回路２１と操作速度検出回路２２とを備える。【選択図】  図１
2005115725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯電話機やＰＤＡ、ゲーム装置等の電子機器に、操作者が行うキー操作の方向、操作量および操作速度のデータを入力することができる入力装置であって、
複数のオン／オフ・スイッチ要素が配置された回路基板と、
前記回路基板面に対向する面上の、各スイッチ要素に対応する位置に、各スイッチ要素を押圧する押圧突起が形成された柔軟なエラストマー製のキーパッドと、
前記キーパッドの、押圧突起が形成された面とは反対側の面に固着され、操作者がこれを傾斜させまたは押圧してデータを入力する硬質材料製のキートップと、
前記各スイッチ要素からのオン／オフ信号を処理する信号処理回路とを備え、
前記各スイッチ要素と押圧突起の組は、キートップの中心を通る垂線上、およびキートップの中心を囲む複数の同心円と該中心を通る複数の半径との各交点を通る垂線上にそれぞれ配置され、かつ、各押圧突起の垂線方向の長さが前記同心円毎に異なり、
前記信号処理回路は、キートップを傾斜させる向きと傾斜の程度を検出する操作方向・操作量検出回路と、傾斜させる動作の迅速さを検出する操作速度検出回路とを備えることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記各スイッチ要素のうち、キートップの中心、および前記同心円のうちの少なくとも一つの円上に配置されるものは、押圧突起で押圧されたとき薄い金属ドーム状ばねの変形を利用して固定接点を導通させるメタルドーム型スイッチであり、その他は、押圧突起の先端に形成された導体片が回路基板上の固定接点に接触して導通させる接片型スイッチであ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】
前記信号処理手段が、各接点の二次元的位置をアドレス情報として記憶するメモリー装置と、前記操作方向・操作量検出回路と操作速度検出回路からの信号を合わせて適宜な処理を行う演算処理回路をさらに有する請求項１に記載の入力装置。
【請求項４】
前記操作速度検出回路は、操作方向における各接点がオンになった時点及びオフになった時点から操作速度を検出する請求項１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、多数のオン／オフ・スイッチ要素群に対する操作方向、操作量および操作速度の信号を電子機器へ入力するための入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機、個人用携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistance）やゲーム遊戯装置などの電子機器においては、利用者による所定の操作入力を受け付け、この操作入力に基づいて所定のプログラムが進行するようになっている。通常、この種の操作入力は、画面に表示されるカーソルやその他の指標を見ながら行うことが多く、操作キーを操作して上下左右の４方向、あるいは斜め方向も含めた８方向などの多方向の入力が求められるのが一般的である。このような多方向の入力を行うために、いわゆるジョイスティックと称されるタイプの入力装置が利用されている。
【０００３】
この種の入力装置は、通常、二次元フォースセンサを内蔵しており、加えられた力のＸ軸方向成分とＹ軸方向成分をそれぞれ別個に検出することにより、加えられた操作入力の方向と操作量とを検出する。更に、Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分とを合成する演算を行うことによって、斜め方向に加えられた操作入力の検出も行う。上記二次元フォースセンサを用いた入力装置では、操作者による操作入力を、オン／オフの二値（デジタル入力）ではなく連続変数として捉え(アナログ入力）、また、前後左右だけでなく任意の方向への操作を捉えた多様な値の入力を行うことができる。
【０００４】
また、上記電子機器に使用する入力装置においては、上述のような方向性を持った操作入力が可能であると共に、入力操作時における手応え、すなわち、指先に伝わる感触（クリック感と称される）が要求される。そのため、操作入力にはある程度のストロークを確保すると共に、例えばドーム状の金属製の接点部材（いわゆるメタルドーム）を使用して、操作時に操作者の指先に対してクリック感を与えることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、上記二次元フォースセンサを用いた入力装置は、その構造上、メタルドームの使用に適しないので、携帯電話機、ＰＤＡやゲーム遊戯装置などの電子機器用の入力装置に必ずしも適しているとはいえない。
【０００６】
一方、特許文献１や特許文献２に記載された入力装置は、操作時において操作者にクリック感を与えることが可能であるが、各操作方向に対してスイッチ要素（接点）が１個ずつしかないため、特定の方向における[０，１]を変域とする二値信号しか入力することができない。すなわち、操作を速く行った場合とゆっくりと行った場合とでは出力される信号に違いはなく、前記二次元的フォースセンサを使用した入力装置のように多様な値を入力することはできなかった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１４３５７０号公報
【特許文献１】特開２００３−１００１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、携帯電話機、ＰＤＡやゲーム遊戯装置等の電子機器への入力用に、操作方向、操作量などの信号をクリック感を伴って入力できる、構造簡易で安価な入力装置を提供することである。  
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題は、
複数のオン／オフ・スイッチ要素が配置された回路基板と、この回路基板面に対向する面上の、各スイッチ要素に対応する位置に、各スイッチ要素を押圧する押圧突起が形成された柔軟なエラストマー製のキーパッドと、このキーパッドの、押圧突起が形成された面とは反対側の面に固着され、操作者がこれを傾斜させまたは押圧してデータを入力する硬質材料製のキートップと、各スイッチ要素からのオン／オフ信号を処理する信号処理回路とを備える入力装置であって、
各スイッチ要素と押圧突起の組は、キートップの中心を通る垂線上、およびキートップの中心を囲む複数の同心円と該中心を通る複数の半径との各交点を通る垂線上にそれぞれ配置され、かつ、各押圧突起の垂線方向の長さが前記同心円毎に異なり、信号処理回路はさらに、キートップを傾斜させる向きと傾斜の程度を検出する操作方向・操作量検出回路と、キートップを傾斜させる動作の迅速さを検出する操作速度検出回路とを備える入力装置により解決することができる。
なお、この課題解決手段は請求項１に対応する。
【００１０】
上記各スイッチ要素のうち、キートップの中心、および複数の同心円のうちの少なくとも一つの円上に配置されるものには、押圧突起で押圧されたとき薄い金属ドーム状ばねの変形を利用して固定接点を導通させるメタルドーム型スイッチを用い、その他は、押圧突起の先端に形成された導体片が回路基板上の固定接点に接触して導通させる接片型スイッチを用いるものとする。
なお、この記述は請求項２に対応する。
【００１１】
上記課題解決手段中の信号処理手段は、各接点の二次元的位置をアドレス情報として記憶するメモリー装置と、前記操作方向・操作量検出回路からの信号と操作速度検出回路からの信号とを合わせて適宜な処理を行う演算処理回路とをさらに有するものとする。
なお、この記述は請求項３に対応する。
【００１２】
上記課題解決手段中の操作速度検出回路は、操作方向における各接点がオンになった時点及びオフになった時点から操作速度を検出するものとする。
なお、この記述は請求項４に対応する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、キートップの中心を通る垂線上、およびキートップの中心を囲む複数の同心円と該中心を通る複数の半径との各交点を通る垂線上にそれぞれ配置される接点によって、一の操作方向（半径方向）において[０，１，２，…，ｎ]（ｎは一の操作方向における接点の数である)を変域とする多値変数信号の入力が行えるので、これらの信号を操作量・操作方向検出回路及び操作速度検出回路で処理することによって、操作者がキートップを傾斜させる向きと傾斜の程度、およびキートップを傾斜させる動作の迅速さに関する多様な情報を入力することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、一の操作方向（半径方向）に配置される複数のスイッチのうち少なくとも一つはクリック感を与えるメタルドーム型スイッチを使用するので、全ての操作方向において入力操作時に快適なクリック感を得ることができる。しかも、比較的広い設置面積を要するドーム型スイッチと、クリック感を与えないが狭い面積で設置できる接片型スイッチを適宜混在させるので、限りあるキートップの投影面積内に多数のスイッチ要素を無理なく実装することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、各接点の位置がアドレス情報としてメモリー装置に記録されているので、これを参照することによりオンになった接点の二次元的位置を即座に得ることができ、また、演算処理回路により操作量・操作方向検出回路と操作速度検出回路からの信号を合わせて適宜な処理を行うので、操作量、操作方向および操作速度に関する多様な情報を電子機器に最も利用し易い状態で出力することができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、操作方向における各接点がオンになった時点及びオフになった時点に基づいて操作速度を検出するようにしたので、簡単な構成を追加するだけで操作速度に関する情報を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る入力装置の最良の実施形態について添付図面を参照して説明する。
最初に、本発明に係る入力装置の基本構造及び基本動作原理について、図１乃至図４を用いて説明する。入力装置１は、図１及び図３に示すように、大きく分けてキースイッチ１０及び信号処理手段２０から成る。更に、キースイッチ１０はキートップ１１、キーパッド１２、回路基板１３、接点１４を有し、信号処理手段２０は操作量・操作方向検出回路２１、操作速度検出回路２２、メモリー装置２３、クロック発生回路２４、演算処理回路（以下「ＭＰＵ」という）２５を有する。
【００１８】
キースイッチ１０は、図１に示すように、例えば、確定スイッチとして用いる中央のスイッチと８つの半径方向の入力が行えるようにされた多方向キースイッチである。各方向には３個づつのスイッチを有する場合が例示される。略円板状をしたキートップ１１は、アルミニウムなどの金属やポリカーボネート樹脂などのプラスチック等硬質材料で形成され、キーパッド１２の平坦な上面１２ａに、例えば透明接着剤を用いて固着されている。  
【００１９】
キーパッド１２は、シリコーンラバー又は各種熱可塑性エラストマーによって形成され、図２及び図３に示すように、キーパッド１２の下面１２ｂの、キートップ１１に対応した部分には多数の接点押圧突起（いわゆる押し子）１５、１５、…が一体に突出形成されている。該接点押圧突起１５、１５、…は、その位置によって長さ、すなわち、下方への突出量が異なるように形成されている。具体的には、接点押圧突起１５、１５、…は、図４に示すように、キースイッチ１０(キートップ１１)の中心直下で該中心を通る垂線上と、該キースイッチ１０の中心を囲む複数の同心円と該キースイッチ１０の中心から放射状に延びる複数の半径との交点直下で該交点を通る垂線上とにそれぞれ設けられ、かつ、図３に示すように、キートップ１１の各操作方向において上記押し子の長さが前記同心円毎にそれぞれ異なるようにされている。図３に示すように、キースイッチ１０の中央に位置する接点押圧突起１５が最も長く、上記キースイッチ１０の中心から放射状に延びる複数の半径上において、キースイッチ１０の中心から離れるにしたがって接点押圧突起１５、１５、…の長さが徐々に短くなるようにされている。なお、接点押圧突起１５、１５、…の一部のもの（図４においてクロスハッチングを施した円形で示したもの）の先端には、金属片又は導電性インクの印刷によって形成された層などから成る導電片１４ｃ、１４ｃ、…が設けられている。以上の構成を有するキーパッド１２は、その裏面１２ｂが回路基板１３の面に平行に対向するように固定される。
【００２０】
回路基板１３には、図３に示すように、上記キーパッド１２の接点押圧突起１５、１５、…の直下の位置で同一平面上となるように固定接点１４ａ、１４ａ、…が形成されている。接点１４、１４、…は、それぞれキースイッチ１０の中央の確定スイッチと、８つの半径方向に配列されるスイッチ群を構成するものであり、上記回路基板１３上の固定接点１４ａと、その上に配設された可動接点であるメタルドーム１４ｂまたは上記キーパッド１２の接点押圧突起１５の先端に設けられた導電片１４ｃによって構成される。したがって、各接点１４においては、その直上に位置するキーパッド１２の接点押圧突起１５によって下方に押圧されたときには、メタルドーム１４ｂが変形することによって、または導電片１４ｃと固定接点１４ａとが接触することによって、固定接点１４ａが導通して電流が流れ、接点１４がオンとなる。接点１４、１４、…からのオン／オフの出力信号は、図１に示すように、信号処理手段２０に個別に入力される。
【００２１】
ところで、可動接点の一つとして用いるメタルドーム１４ｂは、その特色として操作時にクリック感を伴うことである。しかし、メタルドーム１４ｂは直径が２乃至５ｍｍと大きく、あまり狭い間隔で配列することができない。これに対して、接片式スイッチである導電片１４ｃと固定接点１４ａとの組み合わせでは、導電片１４ｃを比較的小さくすることができるので、より狭い間隔で配列することができるが、その動作にクリック感が伴わないという欠点がある。したがって、これらを適宜混在させて使用することが望ましい。例えば、一の半径方向において、放射状に並んだ接点１４、１４、…のうち、少なくとも一つの可動接点にメタルドーム１４ｂを用い、他は接片式スイッチとすることが考えられる。
【００２２】
上記操作量・操作方向検出回路２１は、特定の方向においてはオンになった接点１４の数によって操作者による操作量の大小（つまり、キートップの傾きの程度）を検出し、また、単独又は連続してオンになった各接点１４の位置（後述するメモリー装置２３の情報を参照する）から操作対象となった半径方向を検出し、検出結果を操作量・操作方向検出信号として出力する。
【００２３】
操作速度検出回路２２は、キースイッチ１０の操作時において連続してオン又はオフとなった接点１４、１４からの信号の変化(電位が変化した）時点の時間差を計測し、これによって操作者による操作の迅速さを検出し、検出結果を操作速度検出信号として出力する。
【００２４】
メモリー装置２３は、予め決められた各接点１４の二次元的位置(Ｘ軸方向成分及びＹ軸方向成分)に関するアドレス情報を記憶し、このアドレス情報を必要に応じて操作量・操作方向検出回路２１及び操作速度検出回路２２に参照させる。なお、入力装置１においては、接点１４、１４、…のうち、キースイッチ１０の中央に位置する接点１４だけは、各接点１４に二次元的位置を割り当てるための基準となる原点に位置しているため、Ｘ軸方向成分及びＹ軸方向成分がそれぞれ０となる。
【００２５】
クロック発生回路２４は、操作量・操作方向検出回路２１及び操作速度検出回路２２に対し、各種検出処理の時間的な基準となる基準クロック(図１１のＰ)を印加するものである。ＭＰＵ２５は、操作量・操作方向検出回路１１及び操作速度検出回路２２から出力された操作量・操作方向検出信号及び操作速度検出信号を適宜に処理して、これらの情報を電子機器側で利用し易いような形式に変換するなどの処理を行うものである。
【００２６】
次に、入力装置１の各部の動作と、キースイッチ１０の操作によって信号処理手段２０に入力される信号について図５乃至図９を用いて説明する。なお、図５乃至図９ではオンになっている接点１４を黒く塗りつぶして示している。例えば、操作者によるキースイッチ１０の操作によって特定の方向において２つの接点１４、１４がオンになっている状態を初期状態として想定する（図５参照）。そして、この初期状態から別の方向にキースイッチ１０を操作して３つの接点１４、１４、１４を順次オンにしたとする（図９参照）。この場合、横軸に相対的な経過時間ｔをとって、該当する各接点１４、１４、…から出力される信号の電位の高低を図示すると、図１１のようになる。
【００２７】
すなわち、特定のＡ半径方向へのキースイッチ１０の操作によって２つの接点１４、１４が押圧されてオンになっている初期状態である時点Ｔ０においては、上記２つの接点１４、１４からの信号Ｓｗ１−１とＳｗ１−２の電位は共にハイになっている。この状態から別のＢ半径方向にキースイッチ１０を操作していくと、Ｔ１においてキートップ１１の外周に近い方の接点１４がオフになって、その信号Ｓｗ１−２の電位がローになる（図６参照）。同様にＴ２においては上記Ａ半径方向におけるキースイッチ１０の最内周上の接点１４がオフとなり対応する信号Ｓｗ１−１の電位がローとなる（図７参照）。そして更に、別のＢ半径方向にキースイッチ１０を操作していくと、Ｔ３において当該Ｂ半径方向においてキースイッチ１０の最内周上の接点１４がオンとなり（再度図７参照）、更に、Ｔ４においてキースイッチ１０の中間周上の接点１４がオンになり（図８参照）、Ｔ５においてキースイッチ１０の最外周上の接点１４がオンとなって（図９参照）、それぞれの信号Ｓｗ３−１、Ｓｗ３−２及びＳｗ３−３が順次ハイとなる。図１０は、図９の状態におけるキースイッチ１０を側面から見た断面図である。なお、ＴｎはそれぞれＴ０を基準とする相対時間を示す。
【００２８】
このとき、それぞれの時間差の計算、すなわち、Ｔ２−Ｔ１＝ｔ１、Ｔ３−Ｔ２＝ｔ２、Ｔ４−Ｔ３＝ｔ３、Ｔ５−Ｔ４＝ｔ４によって操作者によるキースイッチ１０の操作速度を検出することができる。そして、この場合の各時間差を比較すると、図１１に示すように、ｔ１＝ｔ２、ｔ２＜ｔ３、ｔ３＞ｔ４、ｔ４＝ｔ１である。これらの関係から、上記の場合においてキースイッチ１０の操作速度に関する情報を得ることができる。
【００２９】
また同時に、上記の例において、最初に操作されていた半径方向においてオンとなっていた接点１４の数は２つであり、その方向から更に操作した別の半径方向においてはオンにされた接点１４数が３つであるから、それぞれの方向におけるキースイッチ１０の操作量の大小が検出される。なお、操作方向については前述したように、メモリー装置２３から各接点のアドレスを読み出すことによって特定することができる。また、操作途中で方向が変化した場合であっても、同様にメモリー装置２３からオン又はオフになった接点１４に対応するアドレス情報を読み出すことで、その変化に追従することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、電子装置用入力装置に関するものであるから、電子装置等製造業をはじめ、通信産業、娯楽産業等多岐にわたる産業分野において利用され、各産業の発達に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の入力装置の基本構造を示す概念図である。
【図２】本発明の入力装置におけるキーパッド及びその上面に載置されるキートップ並びにその下面に形成される複数のスイッチ押圧突起の位置関係を示す平面図である。
【図３】本発明の入力装置の側断面図である。
【図４】本発明の入力装置におけるキーパッドの裏面を見た図であって、メタルドームを押すための押圧突起の先端を白丸で、接片型スイッチを構成するため押圧突起の先端に導電片を設けたものをクロスハッチングを施した円形で示す。
【図５】本発明の最良の実施形態に示したキースイッチ操作の説明図であって、ある半径方向の最内周及び中間周の円上の２個のスイッチがオンになっている状態を示す。
【図６】時間的に図５に続く状態を示す図であって、図５の場合と同一の半径方向における最内周の円上の１個のスイッチのみがオンになっている状態を示す。
【図７】時間的に図６に続く状態を示す図であって、図６においてオンになっていた１個のスイッチがオフになり、図６の場合と異なる半径方向における最内周の円上の１個のスイッチがオンになっている状態を示す。
【図８】時間的に図７に続く状態を示す図であって、図６の場合と同一の半径方向における最内周及び中間周の円上の２個のスイッチがオンになっている状態を示す。
【図９】時間的に図８に続く状態を示す図であって、図６の場合と同一の半径方向における最内周、中間周及び最外周の円上の３個のスイッチがオンになっている状態を示す。
【図１０】図９の状態における本発明の入力装置の側断面図である。
【図１１】図５〜図９の状態に対応する各スイッチのオン−オフ波形及びクロック波形を時間軸と対比して表した線図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…入力装置
１０…キースイッチ
１１…キートップ
１２…キーパッド
１２ａ…キーパッドの上面
１２ｂ…キーパッドの下面
１３…回路基板
１４…接点
１４ａ…固定接点
１４ｂ…可動接点(メタルドーム)
１４ｃ…可動接点(導電片)
１５…接点押圧突起
２０…信号処理手段
２１…操作量・操作方向検出回路
２２…操作速度検出回路
２３…メモリー装置
２４…クロック発生回路
２５…演算処理回路
【図１】
2005115725.tif 000003
【図２】
2005115725.tif 000004
【図３】
2005115725.tif 000005
【図４】
2005115725.tif 000006
【図５】
2005115725.tif 000007
【図６】
2005115725.tif 000008
【図７】
2005115725.tif 000009
【図８】
2005115725.tif 000010
【図９】
2005115725.tif 000011
【図１０】
2005115725.tif 000012
【図１１】
2005115725.tif 000013