CN1270164C - 输入装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转式输入装置，在沿多个操作部(2a、2b…、2h)，使人体H旋转时，由于在人体H和对向的各电极(6)之间依次形成静电电容(C)，所以通过检测与各操作部(2)对应的静电电容(C)的变化，能够取得旋转操作的信息。此外，例如，在同时轻敲操作部(2a)和(2e)时，由于电极(6a)和(6b)的静电电容(C)随时间变化，所以通过检测该变化，能够检测上述操作部(2a)和(2e)同时被轻敲的情况。由于能够将人体(H)作为电极，所以能够谋求输入装置的薄型化。这种旋转式输入装置，能够同时输入旋转操作和开关操作的操作信息。

Description

输入装置

技术领域

本发明涉及一种旋转式输入装置，具体涉及一种能够同时输入旋转信息和开关信息的输入装置。

背景技术

微动控制器等输入装置，设置进行旋转操作的操作信息的输入的圆盘状的操作体(刻度盘)。

上述操作体，旋转自如地支持在设在电子设备内部的电路基板上，例如，在操作体侧，固定具有电阻图形和电极图形的旋转基板，在电路基板侧设置多个滑子。

如果对上述操作体实施旋转，由于上述各滑子分别沿上述电阻图形和电极图形滑动，所以，能够检测操作体的旋转方向或旋转速度等。

另外，对于具有开关功能的输入装置，上述旋转体进退自如地支持在与旋转方向垂直的方向。此外，在操作体的下部设置开关部件，上述操作体的旋转轴的下端与上述开关部件的操作部连结。如果对上述操作体施加压入力，或解除施加的压入力，上述操作部与操作体连动，进行进退移动，切换上述开关部件的ON/OFF。

专利文献1：特开平10-294043号公报

但是，对于兼备旋转操作和开关操作两种功能的上述以往的输入装置，由于是滑子机械地沿电阻图形及电极图形滑动的结构，所以，存在接点寿命的问题。即，如果长时间使用，因各图形和滑子之间的摩损，存在机械输入装置特有的降低旋转方向或速度的检测精度的问题。

此外，由于操作体是沿垂直方向进退移动的构成，而且在操作体的下方的位置设置开关部件，所以，存在难于使输入装置整体的厚度尺寸薄型化的问题。

发明内容

本发明是针对上述问题而提出的，目的是在能够输入旋转操作和开关操作的操作信息的输入装置中，提供一种特别不受机械寿命的影响的并且能够薄型化的输入装置。

本发明的输入装置，其特征在于，设置：由圆周状、等间隔配置的规定面积构成的多个电极；叠层在上述各电极的表面上的绝缘片；电容检测机构，从上述电极检测在人体接近或接触到上述绝缘片的外表面时的静电电容的变化。

上述电容检测机构具有：产生时钟信号的时钟信号生成机构；延迟机构，在人体接近或接触到上述框体的外表面时，根据上述电极检测的电容，对上述时钟信号赋予上升的延迟；平滑机构，以不经由上述延迟机构的上述时钟信号为基准，生成与赋予延迟的延迟量对应的信号；A/D变换机构，A/D变换与上述变化量对应的信号。

此外，上述延迟机构、上述平滑机构及上述A/D变换机构分别单个设在多个电极的每个上。

在本发明的输入装置中，能够同时获得对于操作部(电极)的旋转操作的信息与开关操作的信息。尤其，由于可以操作者的人体的一部分作为电极检测出静电电容的变化，故能够使装置整体的构成薄型化。

在本发明中，利用上述电容检测机构，能够检测上述电极和上述人体的对向面积的变化，此外，利用上述电容检测机构，能够检测上述电极和上述人体的对向的时间，另外，利用上述电容检测机构，相对于上述多个电极，能够检测同时轻敲的开关信息。

在上述中，优选：与上述电极对向的绝缘片的表面，与上述绝缘片的另一表面相比，形成凹状或凸状，此外，优选：设置多个电极的操作区域的整体，与上述操作区域以外的部分相比，形成凹状或凸状。

在上述机构中，由于能够将凹部或凸部作为导向，所以能够提高操作性。

此外，优选：在上述绝缘片的表面，实施显示上述各电极位置的标记。

采用上述机构，能够设定目视操作时的标记。

此外，优选：在设置多个电极的区域，设置以该区域的中心为轴旋转的旋转体。

在本机构中，由于能够机械地操作旋转体，所以，能够给予操作者实际操作的感觉(操作感或利用操作的放心感)。

另外，本发明的输入装置，其特征在于，设置有：配置了具有规定面积的多个传感器电极的静电电容传感器部、从上述各传感器电极检测在手指接近或接触时的静电电容的变化的电容检测机构、和处理来自上述电容检测机构的信号的控制部，并且，通过使上述手指在上述各传感器电极上移动操作，而检测出上述手指的移动量或/及移动方向。

附图说明

图1表示本发明的第1实施方式，A表示输入装置的斜视图，B表示输入装置的剖面构成的A的a-a线剖视图，C表示输入装置的其他剖面的构成的A的a-a线剖视图。

图2是表示输入装置的电容检测机构的构成图。

图3表示图2的电容检测机构的各部的信号，A表示在AND电路一方的输入部输入的时钟信号，B表示在AND电路另一方的输入部输入的来自信号延迟机构的输出信号，C表示AND电路的输出信号，D表示平滑机构的输出信号。

图4表示本发明的第2实施方式，A表示输入装置的斜视图，B表示A的b-b线的输入装置的剖面的剖视图。

图5表示本发明的第3实施方式，A表示输入装置的斜视图，B表示A的c-c线的剖视图。

图中：1、21、31-输入装置，1A、21A、31A-操作区域，2、2a～2h-操作部，3-操作面板，4-框体，4a-凹部，4b-凸部，5-绝缘片，6、6a～6h-电极，10-电容检测机构，11-时钟信号生成机构，12、13a～13h-延迟信号检测机构，13A-AND电路，13B-平滑机构，14、14a～14h-A/D变换机构，15-控制部，40-旋转体，H-人体(手指等)。

具体实施方式

图1表示本发明的第1实施方式，A表示输入装置的斜视图，B表示输入装置的剖面构成的A的a-a线剖视图，C表示输入装置的其他剖面的构成的A的a-a线剖视图；图2是表示输入装置的电容检测机构的构成图；图3表示图2的电容检测机构的各部的信号，A表示在AND电路一方的输入部输入的时钟信号，B表示在AND电路另一方的输入部输入的来自信号延迟机构的输出信号，C表示AND电路的输出信号，D表示平滑机构的输出信号。此外，实线表示静电电容C大的情况，虚线表示静电电容C小的情况。

图1A～C所示的输入装置1，是设在例如计算机或游戏机用的控制器，或其他电子设备的操作面板等中的。而且，通过操作上述输入装置1，例如，能够进行监视器画面上显示的光标的移动或音量的调整等。

图1A～C所示的符号3，表示用合成树脂等形成的框体4的表面上叠层有绝缘片5的上述操作面板。在上述操作面板3上，假想表示相互垂直的X轴和Y轴，上述X轴和Y轴的交点为中心O。在上述中心O的周围，设置以圆周方向等角度(图1A中为45°)且相同面积形成的大致扇形状的8个操作部2(单个由2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2h表示)。此外，设置上述8个操作部2的区域，是输入装置1的操作区域1A。

在图1A及图1B所示的输入装置1中，在框体4上的8处位置，分别形成在图示Z2方向下凹的凹部4a。在上述8个操作部2a～2h的上述各凹部4a内，分别埋设由一定面积构成的电极6(单个由6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6h表示，但在图1B中只图示电极6a、6e)。通过以覆盖各凹部4a内的各电极6a～6h的表面同时仿照各凹部4a的形状的形式，叠层上述绝缘片5，形成上述操作区域1A。

另外，在图1C所示的输入装置1中，在框体4上的8处位置，分别设置在图示Z1方向隆起的凸部4b，此点不同于上述图1B的输入装置1。但是，在上述凸部4b，分别形成沿图示Z2方向陷没的凹部4c，在该凹部4c内埋设分别由一定面积构成的电极6(单个由6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6h表示，但在图1C中只图示电极6a、6e)，以覆盖各凸部4b内的各电极6a～6h的表面同时效仿各凹部4b的形状的形式，叠层上述绝缘片5，形成上述操作区域1A。

在第1实施方式所示的输入装置1中，由于将操作部2形成凹状或凸状，操作者能够沿该形状移动手指。

即，能够以凹状或凸状形成的各操作部2作为引导移动手指，通过此点，能够提高操作性。由此，例如，即使是盲人或视力差的人，也能够采用上述输入装置1进行操作。

如图2所示，分别设在各操作部2上的各电极6a～6h，构成图2所示电路的一部分。如果人的手或手指等人体H的一部分，接近或接触覆盖上述各电极6a～6h的绝缘片5的外表面，则在与上述人体H对向的上述电极6之间形成静电电容。即，在本发明中，上述手或手指等人体H的一部分，具有作为在与上述电极6的之间形成静电电容C的电极的功能。另外，上述静电电容C，是根据电极6和人体H之间的对向面积S或对向距离d可变化的可变电容。

如图2所示，在上述框体4的内部，作为检测上述静电电容C的电容变化的电容检测机构10，设置时钟信号生成机构11、信号延迟机构12、延迟信号检测机构13、A/D变换机构14及控制部15。在本实施方式中，设置与上述电极6(或操作部2)对应的上述信号延迟机构12(单个由12a～12h表示)、延迟信号检测机构13(单个由13a～13h表示)及A/D变换机构14(单个由14a～14h表示)。

上述时钟信号生成机构11，连续输出由规定频率构成的规则的脉冲信号。上述信号延迟机构12，由连接在上述静电电容C和连接在上述时钟信号生成机构11之间的电阻R构成。此外，延迟信号检测机构13由AND电路13A和由设在其后段电阻r1及电容器c1构成的平滑机构13B构成。在上述AND电路13A的输入部13A1、13A2上，输入经由上述信号延迟机构12的信号和上述时钟信号生成机构11的输出即时钟信号CK(不经由信号延迟机构12的时钟信号)，该AND电路13A的输出被输入到上述平滑机构13B。

另外，在上述延迟信号检测机构13的平滑机构13B的后段，例如分别连接8个A/D变换机构14。上述A/D变换机构14，在规定的取样周期内检测上述平滑机构13B的输出电压Vo，作为数字输出D输出，将其数送到控制部15。上述控制部15，以CPU为主体构成，监视从各A/D变换机构14a～14h分别输出的数字输出D的值。

采用上述输入装置1，如果进行使人的手或手指等人体H接近或接触上述任何一个操作部2等的操作，则使上述静电电容C变化，按以下的式1的一般式表示该静电电容C。

式1

$C=\mathrm{\ϵ}\frac{S}{d}\left[F\right]$

式中，ε为电极6和人体H间的电容率，S为电极6和人体H间的对向面积，d为电极6和人体H间的对向距离。另外，这里上述电容率ε为绝缘片5的电容率和空气的电容率的和。

下面说明，在从上述时钟信号生成机构11向上述NAD电路13A及信号延迟机构12输出由如图3A所示的振幅电压Vcc的规定频率构成的时钟信号的状态下，例如使手或手指等人体H的一部分接近或接触上述操作部2a的情况。

如图2的最上段所示，如果使人体H接近上述操作部2a，则由于人体H和电极6a的对向距离d减小，并且对向面积S增大，所以，由上述式1，人体H和电极6a间的静电电容C的值增大。由此，由于按连接在上述电极6a的信号延迟机构12的电阻12R和静电电容C的积规定的时间常数CR增大，所以，上述信号延迟机构12的输出为图3B中实线所示的三角波状的信号Sa。由此，上述AND电路13A的输出(逻辑积)为图3C中实线所示的脉冲幅度ta的脉冲波形。另外，这里将AND电路13A的中的H水平和L水平的阈值SL设为Vcc/2。

另外，如果使上述人体H远离操作部2a，由于加大人体H和电极6a的对向距离d，并且减小对向面积S，所以，由上述式1，减小静电电容C的值。由此，也减小时间常数CR，上述信号延迟机构12的输出为图3B中虚线所示的波形Sb。由此，上述AND电路13A的输出(逻辑积)，如图3C中虚线所示，为脉冲幅度tb的脉冲波形。

此处，上述静电电容C小时的脉冲幅度ta和静电电容C大时的脉冲幅度tb具有ta＜tb的关系。所以，作为人体H离开操作部2a时(静电电容C小时)的输出电压Vb，大于接近或接触操作部2a时(静电电容C大时)的输出电压Va的值(Va＜Vb)，输出平滑机构13B的输出电压Vo。

上述平滑机构13B的输出电压Va或Vb，通过与操作部2a对应的上述A/D变换机构14a，变换成数字输出D，然后输送到上述控制部15。在上述控制部15，通过监视上述数字输出D，检测是否超过规定的阈值，能够检测出人体H是否接近或接触到操作部2a。

因此，控制部15，通过监视上述A/D变换机构14a～14h的所有数字输出D，能够检测人体H接进或接触到操作部2a～2h中任一个。

此外，控制部15，通过按规定的周期，监视上述A/D变换机构14a～14h的各数字输出D，能够检测人体H的移动方向或移动速度。所以，例如，在从操作部2a向操作部2h，以操作部2a→操作部2b→操作部2c…→操作部2h→操作部2a的方式，沿上述中心O的周围使人体H旋转时，能够检测其旋转方向或旋转速度(角速度)等。因此，通过采用该操作信息，能够用于例如监视器画面上的显示的光标的移动等。

此外，例如，上述控制部15，检测人体H接触操作部2的时间，在判断该时间比规定的时间短时，能够判断操作者进行轻敲或点击操作，能够将此用作开关的操作信息。此外，在判断比规定时间长时，能够利用使光标直线移动的操作信息。

此外，即使在2个以上的手指(人体H)同时接近或接触到2个以上操作部2时，通过监视上述A/D变换机构14a～14h的各数字输出D，也能够检测到人体H接近或接触到的所有的操作部2。

因此，即使在操作者用2个以上的手指(人体H)同时进行轻敲操作时，控制部15也能够检测它们的开关操作信息。即，采用该输入装置1，能够检测同时输入的多个开关操作信息(多点同时输入信息)。

例如，在将上述输入装置1设在游戏机的控制器中时，在同时操作上述操作部2a和操作部2c的情况下，能够对借助游戏的程序系统将其操作信息显示在监视器画面的游戏的字符进行特别的操作。

如此，控制部15，通过利用对多个操作部2的操作信息(多点同时输入信息)的组合，能够在搭载输入装置的电子设备中进行多种处理。

以下，说明输入装置的其他结构。

图4表示本发明的第2实施方式，A表示输入装置的斜视图，B表示A的b-b线的输入装置的剖面的剖视图；图5表示本发明的第3实施方式，A表示输入装置的斜视图，B表示图5A的c-c线的剖视图。

在图4所示的第2实施方式中，设置输入装置21的8个操作部2(单个由2a～2h表示)的操作面板3上的操作区域21A的整体在图示Z2方向下凹。

如图4B所示，在上述操作区域21A内，在与操作部2对应的8处位置上，分别形成沿图示Z2方向下凹的凹部4a，在各凹部4d内分别收纳电极6(单个由6a～6h表示)。此外，通过在上述凹部4a内的电极6的表面上叠层绝缘片5，而覆盖上述操作区域21A整体。

在上述绝缘片5的表面，在8处位置上分别印刷模仿上述8个操作部2的扇形状的标记7，在上述绝缘片5叠层在上述操作区域21A的状态下，上述各标记7和各操作部2分别对应。即，上述标记7表示电极位置。

此外，在与沿X轴的操作部2a、2e及沿Y轴的操作部2c、2g对应的标记7上，分别印刷从中心O朝外的箭头标记7a。

在第2实施方式的输入装置21中，此外，由于能够标示上述标记7，所以，操作者能够识别可以将手指分配到上述操作区域21A内的哪个位置上。此外，通过标示上述箭头标记7，也能够向正确方向移动手指。

另外，由于能够将标记7作为标示，也可以考虑不需要特地下凹上述操作区域21A，但如果按上述下凹操作区域21A，则由于操作者能够将操作区域的边缘部作为导向，所以，能够流畅地移动手指，由此，能够提高操作性。

在第2实施方式的输入装置21中，如果使人体H接近或接触设在绝缘片5上的标记7，在人体H和电极6之间也形成静电电容C。因此，能够与第1实施方式时同样，得到与操作部2对应的操作信息。

下面，说明图5所示的第3实施方式的输入装置31。

图5所示的输入装置31，其构成与上述第2实施方式大致相同。即，在框体4的局部设置在图示Z2方向下凹的操作区域31A，在该操作区域31A的8处位置上，分别形成凹部4a，在各凹部4d内分别收纳电极6(单个由6a、6b、6c…6h表示)。在上述凹部4a内的电极6的表面上叠层绝缘片5，利用绝缘片5覆盖上述操作区域31A整体。另外，与上述各电极6a～6h对应的部分为操作部2a～2h。

但是，不同之处是，在形成在操作区域31A的中心O的轴承部38上固定旋转轴39，在该旋转轴39上，旋转自如地设置圆盘状的旋转体40。

上述旋转体40，其板厚尺寸薄到1mm以下，例如可以由PET(聚对苯二甲酸乙酯)等比较硬质的树脂板形成。

旋转体40的直径小于上述操作区域31A，上述旋转体40在操作区域31A内，能够一边沿绝缘片5的表面滑动一边旋转。另外，在上述绝缘片5和旋转体40之间的摩擦阻力小，能够顺利旋转旋转体40。

在第3实施方式中，如图5B所示，如果在将手指等人体H轻按在上述旋转体40的表面的状态下，使人体H旋转，能够使旋转体40与上述人体H一同旋转。因此，操作者，在操作上述旋转体40的范围内，能够防止人体H严重偏离上述操作区域31A。此外，由于能够操作机械地旋转的部件，所以，能够给予操作者实际操作输入装置31的感觉(操作感或利用操作的放心感)。由此，也能够提高输入装置31的操作性。

在第3实施方式的输入装置31中，如果使人体H接近或接触旋转体40的表面，借助旋转体40及绝缘片5，在人体H和与之对向的电极6之间也能够形成静电电容C。因此，能够与第1及第2实施方式时一样，得到与操作部2对应的操作信息。

另外，在第3实施方式中，设置机械地滑动的旋转体40，但上述旋转体40，对于得到旋转信息或开关信息，由于不是特别必不可缺的，所以，例如，即使在旋转体40因摩损不能使用时，也能够不受如此的机械寿命影响，而可以得到操作信息。

另外，上述第2及第3实施方式的操作领域21A、31A，并不局限于图4B、图5B分别所示的凹形状，也可以如图1C那样为凸形状，或平面状。

另外，在第1～第3实施方式所示的输入装置中，由于不像以往那样由检测旋转的机构和检测开关操作的机构不同的部件构成输入装置，即由于能够用相同的机构取得相对于操作部的旋转信息和开关操作的操作信息，所以能够削减部件个数，同时促进输入装置的薄型化。

(发明的效果)

如上所述，如果采用本发明，能够提供一种能够同时输入旋转操作和开关操作的操作信息的输入装置。

此外，由于能够不受机械寿命影响地检测静电电容的变化，所以能够半永久地设定输入装置的寿命

另外，由于能够将人体的一部分用作检测静电电容的电极，所以能够使输入装置薄型化。

Claims (16)

1.一种输入装置，其特征在于，设置有：

沿圆周方向等角度、等间隔配置的由规定面积的扇形构成的多个电极；

叠层在上述各电极表面上的绝缘材；以及

从上述各电极检测在人体接近或接触到上述绝缘材的外表面时的静电电容的变化的电容检测机构。

2.如权利要求1所述的输入装置，其特征在于，上述电容检测机构具有：

产生时钟信号的时钟信号生成机构；

延迟机构，对应在人体接近或接触到上述绝缘材的外表面时由上述电极检测的电容，对上述时钟信号赋予上升的延迟；

平滑机构，以不经由上述延迟机构的上述时钟信号为基准，生成与赋予延迟的延迟量对应的信号；

A/D变换机构，对与上述变化量对应的信号进行A/D变换。

3.如权利要求2所述的输入装置，其特征在于：上述延迟机构、上述平滑机构及上述A/D变换机构分别单个设在每个多个电极上。

4.如权利要求1所述的输入装置，其特征在于：能够利用上述电容检测机构，检测上述电极和上述人体的对向面积的变化。

5.如权利要求1所述的输入装置，其特征在于：能够利用上述电容检测机构，检测上述电极和上述人体相对向的时间。

6.如权利要求1所述的输入装置，其特征在于：能够利用上述电容检测机构，检测相对于上述多个电极同时轻敲的开关信息。

7.如权利要求1所述的输入装置，其特征在于：与上述电极对向的绝缘片的表面，与上述绝缘片的另一表面相比，形成凹状或凸状。

8.如权利要求1所述的输入装置，其特征在于：设有多个电极的操作区域的整体，与上述操作区域以外的部分相比，形成凹状或凸状。

9.如权利要求8所述的输入装置，其特征在于：在上述绝缘片的表面，实施显示上述各电极位置的标记。

10.如权利要求1所述的输入装置，其特征在于：在设有多个电极的区域，设置以该区域的中心为轴旋转的旋转体。

11.一种输入装置，其特征在于，

包括：配置了具有规定面积的多个传感器电极的静电电容传感器部、从上述各传感器电极检测在手指接近或接触时的静电电容的变化的电容检测机构、和处理来自上述电容检测机构的信号的控制部，

通过使上述手指在上述各传感器电极上移动操作，而检测出上述手指的移动量或/及移动方向。

12.如权利要求11所述的输入装置，其特征在于：根据上述手指的移动量或/及移动方向的检测数据，来控制在画面上显示的光标的移动。

13.如权利要求11所述的输入装置，其特征在于：上述手指的移动操作为旋转操作，且检测出旋转操作的旋转方向、旋转量、旋转速度的至少一个。

14.如权利要求11所述的输入装置，其特征在于：上述各传感器电极被沿圆周方向等角度配置，且由扇形状构成。

15.如权利要求11所述的输入装置，其特征在于：上述电容检测机构具有：

产生时钟信号的时钟信号生成机构；

延迟机构，对应在人体接近或接触到上述绝缘材的外表面时由上述电极检测的电容，对上述时钟信号赋予上升的延迟；

平滑机构，以不经由上述延迟机构的上述时钟信号为基准，生成与赋予延迟的延迟量对应的信号；

A/D变换机构，对与上述变化量对应的信号进行A/D变换。

16.如权利要求11所述的输入装置，其特征在于：利用上述电容检测机构，能够检测相对于上述传感器电极轻敲的开关信息。

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