JP2017004793A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単かつ安価な構成で照光機能を実現できる静電容量式の入力装置を提供する。
【解決手段】 発光部１５ａ，１５ｂから導光部２３に向けて出射された光は、光入射面２３ａから導光部２３内に入射し、導光部２３において拡散されて光出射面２３ｂから操作面３１ａに向けて出射される。指等の操作体６０が操作部３１に接触あるいは近接すると、操作体６０と電極部２５との間の静電結合により、電極部２５の静電容量が変化する。
【選択図】図５

Description

本発明は、照光機能を備えた入力装置に関するものである。

金属板からなる検出電極を有した操作面に操作者が触れることで、静電容量が変化したことを検出する静電容量センサ付きスイッチが知られている。
このようなスイッチの操作面に設けた表示部を照光することで、操作性を向上させたいという要望がある。

２００７−０７３５０６号公報

上述した要請に応えるために、検出電極として金属板に代えて透明電極を使用することが考えられるが、透明電極を使用することでコスト高になってしまうという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単かつ安価な構成で照光機能を実現できる静電容量式の入力装置を提供する。

上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の入力装置は、操作体との間で結合容量を形成する電極部と、発光部とを有し、前記電極部は、前記発光部と前記操作体との間に位置し、前記発光部から前記操作体に向かう光を通す光路を形成している。

この構成によれば、前記発光部と前記操作体との間に電極部が位置し、操作体が電極部に近づくと、操作体と電極部との間の結合容量が変化し、それが検出することで操作体が近づいたか否かを判定できる。また、この構成によれば、前記電極部が前記発光部から前記操作体に向かう光を通す光路を形成しているため、電極部として高価な透明電極を用いなくても、前記発光部からの光を前記光路を通じて前記操作体側に導くことができる。すなわち、安価な構成で照光機能を実現できる。

好適には本発明の入力装置の前記電極部は、前記光路の前記操作体側に開口部を備えた中空筒状をしている。
この構成によれば、比較的な加工が簡単な中空筒状に電極部を形成することで、前記発光部から前記操作体に向かう光を通す光路を安価に形成できる。

好適には本発明の入力装置は、前記電極部に対して前記発光部と反対側で前記開口部と対向する位置し、前記操作体が接触あるいは近接する操作部を有し、前記電極部の中空部の内面は、前記開口部から前記発光部に向けて延在している。
この構成によれば、操作部への操作体の接触あるいは近接を、操作体と電極部との間の容量結合を基に検出できる。また、前記電極部の中空部の内面は、前記開口部から前記発光部に向けて延在させた構成にしたことで、光路を形成する開口部を電極部に設けても、操作体と前記内面との間により、十分な容量結合を生じさせることができる。

好適には本発明の入力装置は、前記発光部と前記操作部との間に介在し、前記発光部からの光を導光する導光部を有し、前記導光部から出た光が前記電極部の前記開口部を介して前記操作部に導かれる。
この構成によれば、前記導光部を設けることで、発光部からの光を、操作体側に比較的広い面積の領域に均一に照射でき、表示パターンの照度のバラツキを抑えることができる。

好適には本発明の入力装置は、スイッチを有し、前記操作部は押圧操作に応じて、前記発光部に向かう押圧操作方向に移動し、前記押圧方向の所定位置において前記スイッチの切換え動作を行う。
この構成によれば、操作体との間の容量結合を基に前記操作体が前記操作部に接触あるいは近接したかを検出する機能に加えて、前記操作部の押圧操作に応じたスイッチング動作を行うことができる。

好適には本発明の入力装置は、前記操作部の前記押圧操作方向の弾性力を生じる弾性部材を有し、前記操作部は押圧操作に応じて前記弾性部材の弾性力に抗して前記押圧方向に移動する。

好適には本発明の入力装置の前記電極部は前記操作部の前記押圧方向の移動に連動して前記押圧操作方向に移動し、導電性の前記弾性部材の一端が前記電極部に固定されている。
この構成によれば、前記操作体と前記電極部との間の結合容量の変化を、前記弾性部材を介して伝達でき、当該変化の検出する構成を簡単に構築できる。

好適には本発明の入力装置は、前記電極部の壁厚及び前記光路を光が通る方向の長さは、前記操作部の操作面の一定領域おいて前記操作体の検出感度が均一になるように規定されている。
この構成によれば、前記操作部の操作面の一定領域において、前記操作体の検出感度を均一にできるので、高い検出精度を得られる。
好適には本発明の入力装置の前記電極部は、金属製である。この構成によれば、高価な透明電極を用いる必要がなく、照光機能を安価に実現できる。

本発明によれば、簡単かつ安価な構成で照光機能を実現できる静電容量式の入力装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る入力装置の外観図である。 図１に示す入力装置の分解斜視図である。 図１及び図２に示す入力装置を基板側から見た図である。 図１に示す断面線Ａ−Ａから見た断面図である。 図１に示す静電式非接触センシングの作用を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態に係る入力装置を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る入力装置１の外観図である。図２は、図１に示す入力装置１の分解斜視図である。図３は、図１及び図２に示す入力装置１を基板１１側から見た図である。図４は、図１に示す断面線Ａ−Ａから見た断面図である。

図１に示すように、入力装置１は、基板１１上に弾性部材１３ａ，１３ｂを介して支持された基体２１に操作部３１が設けられている。
操作部３１の操作面３１ａには、所定の記号や文字のパターンの切り欠き部３１ａ１が形成され、切り欠き部３１ａ１から光ガイド部２９の表面が露出している。基板１１に設けられた発光部１５ａ，１５ｂからの光が光ガイド部２９の表面に達し、上記パターンに応じた光ガイド部２９の表面が光るように構成されている。

入力装置１は、指等の操作体６０が操作部３１に接触あるいは近接したかを、静電結合に応じた電気特性の変化を基に検出する機能と、操作部３１が操作体６０によりＺ方向（押圧操作方向）に押圧あれると、操作部３１と基体２１とが一体となって基板１１に向けて移動し、基体２１がスイッチ１７のスイッチング動作を行う機能とを有する。

図１〜図４に示すように、入力装置１は、基板１１上に弾性部材１３ａ，１３ｂの一端が固定されており、弾性部材１３ａ，１３ｂの他端が基体２１に固定された電極部２５に固定されてる。
基板１１上には、２つの発光部１５ａ，１５ｂと、プッシュ式のスイッチ１７とが設けられている。

また、図１及び図３に示すように、基体２１に固定された電極部２５に導光部２３が固定されている。具体的には、電極部２５は、発光部１５ａ，１５ｂから操作部３１に向かう光を通す光路２５ｘを形成する中空筒形状を有している。電極部２５の光路２５ｘに導光部２３が固定されている。

導光部２３は、発光部１５ａ，１５ｂと対向し、発光部１５ａ，１５ｂからの光を入射する光入射面２３ａを有する。
また、導光部２３は、Ｚ方向において、光入射面２３ａと反対側の操作部３１に対向する位置に光出射面２３ｂを有する。光入射面２３ａ及び光出射面２３ｂは平坦面であるが、光出射面２３ｂは光入射面２３ａより面積が大きい。

導光部２３の光入射面２３ａは基体２１の下方端部から基板１１に向けて突き出た位置にあり、光出射面２３ｂは電極部２５の開口部２５ｃに対して光入射面２３ａ側に位置している。
導光部２３は、操作部３１が図１中Ｚ方向（押圧方向）に移動すると、操作部３１と一体となってＺ方向に移動する。

基体２１の基板１１側の面には、スイッチ１７と対向する平坦面の押圧部２１ａが設けられている。
基体２１は、操作部３１が図１中Ｚ方向（押圧方向）に移動すると、操作部３１と一体となってＺ方向に移動する。基体２１がＺ方向の所定の位置になると、押圧部２１ａがスイッチ１７に当たり、操作部３１が基板１１に向けてさらに押圧されると、押圧部２１ａによってスイッチ１７が押圧されてスイッチン動作が行われる。

入力装置１では、電極部２５が、導光部２３を保持した状態で基体２１にＺ方向に移動可能に支持されてる。
このとき、電極部２５の接触パッド部２５ａ，２５ｂに、弾性部材１３ａ，１３ｂの他端がそれぞれ固定され、電気的に接続されている。
電極部２５は、操作部３１側に略矩形の開口部２５ｃを備えた中空筒状をしており、矩形の４辺に位置する側壁部２５ｄがＺ方向に延在している。側壁部２５ｄの対向する２か所の端部に接触パッド部２５ａ，２５ｂが設けられている。

弾性部材１３ａ，１３ｂの一端は、基板１１上に形成された導電パターン（図示せず）と電気的に接続されている。操作体６０が操作部３１に接触あるいは近接すると、操作体６０と側壁部２５ｄとの間に静電結合が生じる。これにより、当該静電結合に応じて電極部２５の静電容量が変化し、その変化が弾性部材１３ａ，１３ｂを介して上記導電パターンに生じ、基板１１上の検出回路（図示せず）において検出される。

電極部２５は、導電性を持つ金属製であり、操作部３１に接触あるいは近接した指等の操作体との間で結合容量を形成する。
電極部２５は、上述したように中空筒状をしており、発光部１５ａ，１５ｂからの光を光路２５ｘに位置する導光部２３を介して入射し、当該光を光路２５ｘに位置する光出射面２３ｂを通し、受け部２７に向けて出射する。

電極部２５を上述したような中空筒状に形成したことで、導光部２３から入射した光を操作部３１に向けて導出できると共に、操作部３１側に開口部２５ｃを設けても、操作体６０と側壁部２５ｄとの間で十分な静電結合が生じさせることができる。そのため、操作体６０の有無により静電容量を十分に変化させることができ、操作体６０の有無を高精度に検出できる。すなわち、側壁部２５ｄによって静電容量に必要な十分な面積を電極部２５が持つことができる。

電極部２５の側壁部２５ｄの壁厚及びＺ方向の長さ（光路２５ｘを光が通る方向の長さ）は、操作部３１の操作面３１ａの一定領域おいて操作体６０の検出感度が均一になるように規定されている。
この構成によれば、操作面３１ａの一定領域において、操作体６０の検出感度を均一にできるので、高い検出精度を得られる。
具体的には、側壁部２５dの高さを開口部２５cの短手方向の長さと同等の長さに調整することが好ましい。

電極部２５の開口部２５ｃ側には受け部２７が固定される。
受け部２７は、例えば、非透明の部材で構成され、中央部に開口部２７ａが形成されている。
開口部２７ａには、透明あるいは半透明の光ガイド部２９が装着される。光ガイド部２９には、所定の記号や文字のパターンが形成されている。

受け部２７には、光ガイド部２９が装着された状態で操作部３１が固定される。
操作部３１には、光ガイド部２９が外側に露出する開口部３１ａが設けられている。

以下、入力装置１の作用を説明する。
［照光作用］
発光部１５ａ，１５ｂから導光部２３に向けて出射された光は、光入射面２３ａから導光部２３内に入射し、導光部２３において拡散されて光出射面２３ｂから受け部２７に向けて出射される。
このとき、導光部２３は電極部２５の中空部が形成する光路２５ｘに位置するため、発光部１５ａ，１５ｂからの光は電極部２５が形成する光路２５ｘを通って受け部２７に出射される。すなわち、発光部１５ａ，１５ｂからの光は電極部２５によって遮光されない。
そして、受け部２７に入射した光が、受け部２７に装着された透明な光ガイド部２９を介して操作部３１の操作面３１ａの切り欠き部３１ａ１に達する。
これにより、入力装置１では、操作部３１を照らす照光機能を実現できる。

［静電式非接触センシング］
図５に示すように、指等の操作体６０が操作部３１に接触あるいは近接すると、操作体６０と電極部２５との間の静電結合により、電極部２５の静電容量が変化する。このとき、電極部２５の側壁部２５ｄは面積が広いため、側壁部２５ｄと操作体６０との間で十分な静電結合が生じ、電極部２５の静電容量が変化する。
基板１１上の検出回路は、弾性部材１３ａ，１３ｂを介して電極部２５の静電容量を検出し、操作体６０が操作部３１に接触あるいは近接したか否かを判定する。

［押圧操作］
操作部３１が操作体６０によって押圧されると、基体２１は操作部３１と一体となって図１中Ｚ方向（押圧方向）に基板１１に向けて移動する。そして、基体２１がＺ方向の所定の位置になると、押圧部２１ａがスイッチ１７に当たり、操作部３１がさらに押圧されると、押圧部２１ａによってスイッチ１７が押圧されてスイッチング動作が行われる。

以上説明したように、入力装置１によれば、発光部１５ａ，１５ｂと操作体６０との間に電極部２５が位置し、操作体６０が操作部３１に接触あるいは近接すると、操作体６０と電極部２５との間の結合容量が変化し、それを検出することで操作体６０が操作部３１に接触あるいは近接したか否かを判定できる。また、入力装置１によれば、電極部２５が発光部１５ａ，１５ｂからの光の光路２５ｘを形成しているため、電極部として高価な透明電極を用いなくても、発光部１５ａ，１５ｂからの光を光路２５ｘを通じて操作部３１の操作面３１ａに導くことができる。すなわち、安価な構成で照光機能を実現できる。

また、入力装置１では、比較的な加工が簡単な中空筒状に電極部２５を形成することで、発光部１５ａ，１５ｂから操作部３１に向かう光を通す光路２５ｘを安価に形成できる。

また、入力装置１では、電極部２５の中空部の内面を形成する側壁部２５ｄを、開口部２５ｃから発光部１５ａ，１５ｂに向けたＺ方向に延在するように形成している。そのため、電極部２５に光路２５ｘを形成する開口部２５ｃを設けても、操作体６０と側壁部２５ｄとの間により、十分な容量結合を生じさせることができる。

また、入力装置１によれば、導光部２３を設けることで、発光部１５ａ，１５ｂからの光を操作部３１の比較的広い面積の領域に均一に照射でき、表示パターンの照度のバラツキを抑えることができる。

入力装置１によれば、弾性部材１３ａ，１３ｂにより基体２１をＺ方向に移動可能に支持し、スイッチ１７をオン／オフさせる機構を設けたことで、操作体６０と側壁部２５ｄとの間の容量結合を基に操作体６０が操作部３１に接触あるいは近接したかを検出する機能に加えて、操作部３１の押圧操作に応じたスイッチング動作を行うことができる。

入力装置１によれば、操作体６０と電極部２５との間の結合容量の変化を、弾性部材１３ａ，１３ｂを介して伝達できるので、当該変化の検出する構成を簡単に構築できる。

また、入力装置１では、電極部２５は、金属製である。この構成によれば、高価な透明電極を用いる必要がなく、照光機能を安価に実現できる。

本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
例えば、上述した実施形態では、電極部２５として中空円筒状のものを例示したが、電極部２５の形状は、発光部１５ａ，１５ｂから操作部３１に向かう光を通す光路２５ｘを形成するものであれば特に限定されない。

また、上述した実施形態では、静電式非接触センシングに加えて、押圧操作入力機能を備えた入力装置１を例示したが、本発明は、押圧操作入力機能を備えていなくてもよい。

また、上述した実施形態では、導光部２３を用いた場合を例示したが、導光部２３を備えていなくてもよい。
また、操作部３１の形状、並びに照光される切り欠き部３１ａ１のパターンは任意であると共に、操作部３１全体を透明あるいは半透明部材で構成してもよい。

本発明は、照光機能を備えた静電容量式の入力装置に適用可能である。

１…入力装置
１１…基板
１３ａ，１３ｂ…弾性部材
１５ａ，１５ｂ…発光部
１７…スイッチ
２１…基体
２３…導光部
２５…電極部
２５ａ，２５ｂ…接触パッド部
２５ｃ…開口部
２５ｄ…側壁部
２５ｘ…光路
２７…受け部
２９…光ガイド部
３１…操作部
３１ａ…操作面
３１ａ１…切り欠き部

Claims (9)

1. 操作体との間で結合容量を形成する電極部と、
   発光部と、
   を有し、
   前記電極部は、前記発光部と前記操作体との間に位置し、前記発光部から前記操作体に向かう光を通す光路を形成している
   入力装置。
2. 前記電極部は、前記光路の前記操作体側に開口部を備えた中空筒状をしている
   請求項１に記載の入力装置。
3. 前記電極部に対して前記発光部と反対側で前記開口部と対向する位置し、前記操作体が接触あるいは近接する操作部
   を有し、
   前記電極部の中空部の内面は、前記開口部から前記発光部に向けて延在している
   請求項２に記載の入力装置。
4. 前記発光部と前記操作部との間に介在し、前記発光部からの光を導光する導光部
   を有し、
   前記導光部から出た光が前記電極部の前記開口部を介して前記操作部に導かれる
   請求項２または請求項３に記載の入力装置。
5. スイッチ
   を有し、
   前記操作部は押圧操作に応じて、前記発光部に向かう押圧操作方向に移動し、前記押圧方向の所定位置において前記スイッチの切換え動作を行う
   請求項１〜４のいずれかに記載の入力装置。
6. 前記操作部の前記押圧操作方向の弾性力を生じる弾性部材
   を有し、
   前記操作部は押圧操作に応じて前記弾性部材の弾性力に抗して前記押圧方向に移動する
   請求項５に記載の入力装置。
7. 前記電極部は前記操作部の前記押圧方向の移動に連動して前記押圧操作方向に移動し、
   導電性の前記弾性部材の一端が前記電極部に固定されている
   請求項６に記載の入力装置。
8. 前記電極部の壁厚及び前記光路を光が通る方向の長さは、前記操作部の操作面の一定領域おいて前記操作体の検出感度が均一になるように規定されている
   請求項１〜７のいずれかに記載の入力装置。
9. 前記電極部は、金属製である
   請求項１〜８のいずれかに記載の入力装置。

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