JP2009265970A - 指示入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半球状の入力操作面に対するＸＹ平面方向の入力操作と回転操作方向の入力操作のいずれも、４種類の電極のみの簡単な構成で検出できる指示入力装置を提供する。
【解決手段】球冠状とした絶縁体の表面に、互いに絶縁された４種類の検出電極をＺ軸上の頂点Ｐを中心にＺ軸回りに９０度間隔で形成し、それぞれ各検出電極の表面積がＺ軸上の頂点Ｐに接近するほど小さく、かつ９０度間隔の形成位置から円周方向で離れるほど小さくなる形状とする。被検出体に対向する検出電極の対向面積が、円周方向の入力操作位置で異なり、また、頂点Ｐに接近するほど小さくなり、対向面積に応じて検出電極の浮遊容量が異なることから、被検出体のＸＹ平面方向の入力操作と回転操作方向の入力操作を検出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半球状の入力操作面への指などの被検出体の入力操作を、入力操作面に形成された電極の浮遊容量の変化から検出する静電容量方式の指示入力装置に関し、更に詳しくは、少ない検出電極数で半球状の入力操作面へのＸＹ方向と回転方向の入力操作を検出する指示入力装置に関する。

コンピュータやゲーム機のディスプレーに表示されたカーソルやキャラクターを移動操作する入力デバイスとして、指でボールを回転させて、ボールの回転方向を入力操作方向や回転方向とするトラックボール装置が知られているが、ボールの直径に相当する取り付けスペースが必要となり、コンピュータやゲーム機の薄型化の障害となっていた。

そこで、入力操作感を維持してこのトラックボール装置に代わる指示入力装置として、半球状の絶縁体の表面に静電容量を検出する検出電極を配置し、検出電極の静電容量の変化から半球状の入力操作面への入力操作を検出する指示入力装置が知られている（特許文献１、特許文献２）。

図８は、この特許文献２に記載された従来の指示入力装置１００の分解斜視図であり、誘電材料からなる上側基板１０１の上面側に複数の電極１０１ａが平行に設けられ、下側基板１０２の上面側に電極１０１ａと直交する方向に複数の電極１０２ａが平行に設けられている。上側基板１０１と下側基板１０２の各中央には、それぞれ図中上方に湾曲された突曲面部が形成され、両者を重ねて突曲面の入力操作面が形成される。

各電極１０１ａ、１０２ａは、制御回路１０３に電気接続し、入力操作面へ指を接近させる入力操作によって、入力操作位置で交差する電極１０１ａ、１０２ａ間の静電容量の変化を制御回路１０３で検出し、入力操作位置を検出する。すなわち、例えば、複数の電極１０１ａに制御回路１０３から順次、所定のパルス電圧を印加して走査し、パルス電圧が印加された電極１０１ａに交差する複数の電極１０２ａの電圧を検出する。指などの被検出体を接近させると、被検出体が接近する位置で交差する特定の電極１０１ａ、１０２ａ間の静電容量が変化し、静電容量の変化で電圧が変化した電極１０２ａと、その時にパルス電圧を印加した電極１０１ａの配置から、半球状の入力操作面への被検出体の操作位置を検出する。

特開２００４−９４４５０号公報（要約、図１） 特開２００３−９１３６０号公報（明細書第３頁３欄４５行乃至４欄３５行、図２）

このように、マトリックス状に多数の電極１０１ａ、１０２ａを配線した従来の指示入力装置１００では、入力操作面への入力操作位置を検出する為に、多数の電極１０１ａに順次検出電極を印加し、検出電圧を印可した電極１０１ａ毎に交差する多数の電極１０２ａの電圧変化を検出するものであることから、回路構成が複雑、大型化するという問題があった。

更に、多数の電極１０１ａ、１０２ａの交差位置の全てについて、電圧変化を読み取って入力操作位置を検出するので、入力操作位置の検出に時間がかかり、入力操作位置の相対変化から入力操作の操作方向や回転操作方向を検出する場合に、検出周期が長くなるので検出する操作位置間の間隔が長くなり、精度良くこれらの操作方向を検出できなかった。

特に、半球状の入力操作面に沿って入力操作位置を回転させる回転操作の検出では、平面座標として検出する入力操作位置を周期的に検出し、検出した入力操作位置の相対位置と方向から、回転操作方向、回転速度速度を算出するので、演算が複雑で、これらの検出に時間を要するものとなっていた。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、半球状の入力操作面に対するＸＹ平面方向と回転操作方向のいずれの入力操作であっても、４種類の電極のみの簡単な構成で検出できる指示入力装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１の指示入力装置は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の交点を球心とする仮想球体のＺ軸上方を頂点とする球冠状に形成された絶縁性の球冠体と、前記球冠体のＸ方向一側の半球面上で、それぞれＺ軸回りの円周方向に沿った帯状に形成され、頂点を通過するＸ方向の大円と異なる位置で交差する複数のＸ＋分岐パターンを有し、各Ｘ＋分岐パターンの前記大円と交差する帯状の交差幅が、底円から頂点に向かって漸次減少するＸ＋電極と、前記球冠体のＸ方向他側の半球面上で、それぞれＺ軸回りの円周方向に沿った帯状に形成され、頂点を通過するＸ方向の大円と異なる位置で交差する複数のＸ−分岐パターンを有し、各Ｘ−分岐パターンの前記大円と交差する帯状の交差幅が、底円から頂点に向かって漸次減少するＸ−電極と、前記球冠体のＹ方向一側の半球面上で、それぞれＺ軸回りの円周方向に沿った帯状に形成され、頂点を通過するＹ方向の大円と異なる位置で交差する複数のＹ＋分岐パターンを有し、各Ｙ＋分岐パターンの前記大円と交差する帯状の交差幅が、底円から頂点に向かって漸次減少するＹ＋電極と、前記球冠体のＹ方向他側の半球面上で、それぞれＺ軸回りの円周方向に沿った帯状に形成され、頂点を通過するＹ方向の大円と異なる位置で交差する複数のＹ−分岐パターンを有し、各Ｙ−分岐パターンの前記大円と交差する帯状の交差幅が、底円から頂点に向かって漸次減少するＹ−電極と、Ｘ＋電極、Ｘ−電極、Ｙ＋電極若しくはＹ−電極の各検出電極の浮遊容量の変化をそれぞれ検出する浮遊容量検出手段とを備え、
各検出電極の分岐パターンは、隣り合う検出電極が球面上で重ならないように、頂点を通過するＸ方向若しくはＹ方向の大円との交差位置からＺ軸回りの円周方向両側に向けて先細りに形成され、被検出体を前記球冠体に接近させて入力操作を行った際に、Ｘ＋電極及びＸ−電極の浮遊容量と、Ｙ＋電極及びＹ−電極の浮遊容量の変化から、被検出体のＸＹ平面上の操作方向を検出するとともに、Ｘ＋電極、Ｘ−電極、Ｙ＋電極若しくはＹ−電極の各隣り合う検出電極の浮遊容量の変化から、被検出体のＺ軸回りの回転操作方向を検出することを特徴とする。

Ｘ＋電極とＸ−電極は、球冠体のＸ方向の一側と他側表面に形成され、各電極のＸ＋分岐パターンとＸ−分岐パターンは、相手側電極から最も離れた底円付近で最も表面積が大きく、両者の境界となる球冠体の頂点に接近するほど小さくなる。また、Ｙ＋電極とＹ−電極は、球冠体のＹ方向の一側と他側表面に形成され、各電極のＹ＋分岐パターンとＹ−分岐パターンは、相手側電極から最も離れた底円付近で最も表面積が大きく、両者の境界となる球冠体の頂点に接近するほど小さくなる。球冠体へ被検出体を接近させると、被検出体に対向する分岐パターンの表面積に応じて、その分岐パターンの検出電極の浮遊容量が増加するので、Ｘ方向一側からＸ方向他側に向かう入力操作では、Ｘ＋電極の浮遊容量が徐々に減少しＸ−電極の浮遊容量が徐々に増加し、Ｘ方向他側からＸ方向一側に向かう入力操作では、浮遊容量の増減が逆になる。同様に、Ｙ方向一側からＹ方向他側に向かう入力操作では、Ｙ＋電極の浮遊容量が徐々に減少しＹ−電極の浮遊容量が徐々に増加し、Ｙ方向他側からＹ方向一側に向かう入力操作では、浮遊容量の増減が逆になる。また、浮遊容量が変化するいずれか若しくは隣り合う一組の検出電極の形成位置から、Ｚ軸回りの操作位置の方向を判別できるので、ＸＹ平面上の入力操作方向を検出できる。

Ｘ＋電極のＸ＋分岐パターンと、Ｘ−電極のＸ−分岐パターンは、頂点を通過するＸ方向の大円との交差位置で、最も表面積が大きく、Ｚ軸回りで頂点を通過するＹ方向の大円へ接近するほど小さくなる。また、Ｙ＋電極のＹ＋分岐パターンと、Ｙ−電極のＹ−分岐パターンは、頂点を通過するＹ方向の大円との交差位置で、最も表面積が大きく、Ｚ軸回りで頂点を通過するＸ方向の大円へ接近するほど小さくなる。球冠体へ被検出体を接近させると、被検出体に対向する分岐パターンの表面積に応じて、その分岐パターンの検出電極の浮遊容量が増加するので、Ｚ軸回りに被検出体を移動操作する入力操作では、隣り合う検出電極の一方の浮遊容量が増加し、他方が減少する。従って、Ｘ＋電極、Ｘ−電極、Ｙ＋電極若しくはＹ−電極から、Ｚ軸回りで隣り合う一組の検出電極についての浮遊容量の変化から、Ｚ軸回りの入力操作方向を検出できる。

請求項２の指示入力装置は、被検出体を前記球冠体に接近させて入力操作を行った際に、Ｘ＋電極、Ｘ−電極、Ｙ＋電極若しくはＹ−電極の浮遊容量が変化する隣り合う検出電極の浮遊容量を比較し、被検出体のＺ軸回りの回転操作位置を検出することを特徴とする。

各検出電極の分岐パターンは、隣り合う検出電極が球面上で重ならないように、頂点を通過するＸ方向若しくはＹ方向の大円との交差位置からＺ軸回りの円周方向両側に向けて先細りに形成されているので、被検出体を接近させた操作位置で隣り合う検出電極の各浮遊容量は、Ｚ軸回りに回転操作位置が変化するに応じて、一方が増加し、他方が減少する。従って、浮遊容量が変化する隣り合う検出電極の浮遊容量の差分から、被検出体のＺ軸回りの回転操作位置を検出できる。

請求項３の指示入力装置は、各検出電極の分岐パターンが、分岐パターンが大円と交差する交差幅の球帯で区切られる球冠体の表面を、隣り合う検出電極の分岐パターンとで相補する形状に形成されることを特徴とする。

各検出電極の分岐パターンは、それぞれＺ軸回りの円周方向に沿って隣り合う検出電極に向けて先細りに形成されるので、隣り合う検出電極の分岐パターンとで、交差幅の球帯で区切られる球冠体の表面を相補し、互いを接触させることなく、限られた球冠体の表面内で、浮遊容量の変化を検出可能な大きさの表面積が得られる。

請求項４の指示入力装置は、各検出電極の分岐パターンが、頂点の周囲で、頂点について点対称の形状であることを特徴とする。

頂点へ被検出体を接近させた際に、被検出体に対向するＸ＋分岐パターンとＸ＋分岐パターンの表面積、及びＹ＋分岐パターンとＹ−分岐パターンの表面積は、それぞれ等しく、Ｘ＋電極とＸ−電極の浮遊容量及びＹ＋電極とＹ−電極の浮遊容量が等しく増加することから、頂点への入力操作を検出できる。

請求項５の指示入力装置は、浮遊容量検出手段が、各検出電極の浮遊容量をそれぞれ電圧値に変換するＣＶ変換回路を備え、ＣＶ変換回路の出力電圧の変化から被検出体のＺ軸回りの回転操作方向と回転操作速度を検出することを特徴とする。

各検出電極の浮遊容量がＣＶ変換回路により電圧に変換されるので、浮遊容量の変化を定量的に検出でき、Ａ／Ｄコンバータなどで二値化することにより、マイコンなどの演算手段で、被検出体のＺ軸回りの回転操作方向と回転操作速度が検出される。

請求項１の発明によれば、Ｘ＋電極、Ｘ−電極、Ｙ＋電極及びＹ−電極の各検出電極がそれぞれ分岐した複数の分岐パターンを有するので、入力操作面となる絶縁性の球冠体の表面全体にもれなく検出電極を配置することができ、球冠体表面のいずれの位置に被検出体が接近しても、被検出体に対向する分岐パターンの静電容量の変化から精度良く入力操作方向を検出できる。

また、Ｘ＋電極、Ｘ−電極、Ｙ＋電極及びＹ−電極の４種類の検出電極の静電容量の変化を検出するだけで、ＸＹ平面上の操作方向と、Ｚ軸回りの回転操作方向を検出できる。

また、４種類の検出電極の静電容量の変化を比較するだけで、入力操作方向を検出できるので、多数の電極を走査したり、電極に交流電圧を印加することなく、簡単な構成で短時間に入力操作方向が検出できる。

請求項２の発明によれば、Ｘ＋電極、Ｘ−電極、Ｙ＋電極及びＹ−電極から隣り合う２種類の検出電極の静電容量を比較するだけで、Ｚ軸回りの回転操作位置を検出でき、更に、所定経過時間での回転操作位置を比較して、回転操作速度を検出できる。

請求項３の発明によれば、Ｚ軸回りで隣り合う一組の分岐パターンを、互いに重ならず、限られた球冠体の表面に無駄なく広い表面積で形成でき、被検出体を接近による浮遊容量の増加をより精度良く検出できる。

請求項４の発明によれば、Ｘ＋電極とＸ−電極の浮遊容量及びＹ＋電極とＹ−電極の浮遊容量が全て増加することから、頂点への入力操作を検出できるので、頂点へ指などの被検出体を接近させる非接触で、オン、オフを入力する押しボタンスイッチと同様に作用させることもできる。

請求項５の発明によれば、各検出電極の浮遊容量の変化を、電圧値の変化として定量的に検出できるので、マイコンなどの演算手段によって、入力操作位置と回転入力操作位置を容易にかつ短時間で検出できる。

以下、本発明の第１実施の形態に係る指示入力装置１を、図１乃至図７を用いて説明する。図１、図２、図３は、それぞれ指示入力装置１の平面図、正面図、斜視図、図４は、図１のＡ−Ａ線断面図、図５は、指示入力装置１の回路構成図、図６は、入力操作位置とＣＶ変換回路の出力電圧との関係を示す波形図、図７は、入力操作位置の算定方法を説明する説明図である。

指示入力装置１は、被検出体である指を接近させて入力操作を行う入力操作部１０と、入力操作部１０に対する平面方向、回転方向の入力操作を検出する入力操作検出回路部２０とから構成されている。入力操作部１０は、表面が球冠状に形成された球冠体２と、球冠体２の表面に銀などの導電材料で互いに絶縁して形成されるＸ＋電極４、Ｘ−電極５、Ｙ＋電極６及びＹ−電極７と、これらの各検出電極を保護するためにその表面を覆うカバーシート８で構成されている。

球冠体２は、絶縁プラスチック材料でその表面が半径２０ｍｍ程度の球冠状となるように形成したもので、指示入力装置１をパーソナルコンピュータ、ゲーム機などの指示入力装置としてこれらの筐体に指示入力装置１を取り付ける場合には、球冠体２を筐体と同一材料で一体に成形することもできる。本実施の形態では、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の交点を球心Ｏとする仮想球体において、Ｚ＋方向（鉛直方向上方）を頂点Ｐとし、底円が大円となる半球面を表面とし、半球面に沿って等しい厚さの中空半球体に形成されている。以下、本明細書では、図１において、頂点Ｐから右方をＸ＋方向、下方をＹ−方向、左方をＸ−方向、上方をＹ＋方向、図２において、上方をＺ＋方向、下方をＺ−方向、頂点Ｐから球冠体２の球面に沿ってＸ＋方向に底円まで連続する円弧をＸ＋円弧、Ｙ−方向に底円まで連続する円弧をＹ−円弧、Ｘ−方向に底円まで連続する円弧をＸ−円弧、Ｙ＋方向に底円まで連続する円弧をＹ＋円弧、これらの円弧に直交するＺ軸回りの円周方向を円周方向として、各部を説明する。

Ｘ＋電極４は、球冠体２の頂点ＰからＸ＋方向の半球面上で、Ｘ＋円弧に沿って連結された複数のＸ＋分岐パターン４ａ、４ａ・・と、最下方のＸ＋分岐パターン４ａから、入力操作検出回路部２０へ引き出されるＸ＋引き出しパターン４ｂとから構成されている。複数のＸ＋分岐パターン４ａ、４ａ・・は、それぞれ、Ｘ＋円弧に交差する円周方向に沿った帯状に形成されている。また、複数のＸ＋分岐パターン４ａ、４ａ・・のＸ＋円弧との交差幅は、底円から頂点Ｐに向かって漸次減少するとともに、各Ｘ＋分岐パターン４ａは、このＸ＋円弧との交差位置での交差幅を最大幅として、交差位置から円周方向両側に向けて先細りの弓形に形成されている。

本実施の形態では、このような形状に形成する複数のＸ＋分岐パターン４ａ、４ａ・・を、球心Ｏから頂点Ｐに向かってＺ方向の間隔を徐々に減少させた一対のＸＹ平面で球冠体２の球面を区分してなる各球帯Ｂ１乃至Ｂ６上に、それぞれのＸ＋分岐パターン４ａを形成している。従って、各球帯Ｂ１乃至Ｂ６の幅は、徐々に減少し、例えば、最大となる球帯Ｂ１の幅を３ｍｍ、最小となる球帯Ｂ６の幅が１ｍｍとなっている。図１、図２に示すように、各Ｘ＋分岐パターン４ａは、そのＸ＋分岐パターン４ａが形成される球帯Ｂの上円とＸ＋円弧の交点をｃ１、その球帯Ｂの下円の頂点Ｐ回りで９０度回転した位置、つまり下円とＹ＋円弧及びＹ−円弧と交差する交点をｃ２、ｃ３としたときに、これらの３点ｃ１、ｃ２、ｃ３を球面に沿って結ぶ線分を境界線として、輪郭をその境界線の内側に沿った形状として球帯Ｂの表面に形成される。

このように複数のＸ＋分岐パターン４ａ、４ａ・・が各球帯Ｂ１乃至Ｂ６上に形成された球冠体２では、Ｘ＋分岐パターン４ａの表面積が頂点Ｐを回転中心にＸ＋方向で最大で、Ｘ＋方向から回転するほど減少するとともに、底円側が最大で頂点Ｐに近づくほど、すなわちＸ＋方向の底円側で最大でＸ−方向に移動するほど、減少するものとなる。

Ｙ−電極７は、球冠体２の頂点ＰからＹ−方向の球面上でＹ−円弧に沿って連結された複数のＹ−分岐パターン７ａ、７ａ・・と、最下方のＹ−分岐パターン７ａから、入力操作検出回路部２０へ引き出されるＹ−引き出しパターン７ｂとから構成されている。複数のＹ−分岐パターン７ａ、７ａ・・も、それぞれ円周方向に沿った帯状に形成され、Ｙ−円弧と異なる位置で交差し、その交差幅は、底円から頂点Ｐに向かって漸次減少するとともに、各Ｙ−分岐パターン７ａの形状は、Ｙ−円弧との交差位置での交差幅を最大幅として、交差位置から円周方向両側に向けて先細りの弓形に形成されている。

本実施の形態では、図１、図２に示すように、複数の各Ｙ＋分岐パターン７ａは、そのＹ＋分岐パターン７ａが形成される球帯Ｂの下円とＹ−円弧の交点をｃ３、その球帯Ｂの上円とＸ＋円弧及びＸ−円弧と交差する交点をｃ１、ｃ４としたときに、これらの３点ｃ２、ｃ１、ｃ４を球面に沿って結ぶ線分を境界線として、輪郭をその境界線の内側に沿った形状として球帯Ｂの表面に形成される。

従って、球冠体２表面のＹ−分岐パターン７ａ、７ａ・・の表面積は、頂点Ｐを回転中心にＹ−方向で最大で、Ｙ−方向から回転するほど減少するとともに、Ｙ−方向の底円側で最大でＹ＋方向に移動するほど、減少するものとなる。

Ｘ−電極５は、球冠体２の頂点ＰからＸ−方向の球面上でＸ−円弧に沿って連結された複数のＸ−分岐パターン５ａ、５ａ・・と、最下方のＸ−分岐パターン５ａから、入力操作検出回路部２０へ引き出されるＸ−引き出しパターン５ｂとから構成されている。Ｘ−電極５の複数のＸ−分岐パターン５ａ、５ａ・・は、Ｘ＋電極４の複数のＸ＋分岐パターン４ａ、４ａ・・と、頂点Ｐについて点対称の形状で球冠体２のＸ−側球面に形成される。従って、Ｘ−分岐パターン５ａの表面積は、頂点Ｐを回転中心にＸ−方向で最大で、Ｘ−方向から回転するほど減少するとともに、Ｘ−方向の底円側で最大で、Ｘ＋方向に移動するほど減少するものとなる。

また、Ｙ＋電極６は、球冠体２の頂点ＰからＹ＋方向の球面上でＹ＋円弧に沿って連結された複数のＹ＋分岐パターン６ａ、６ａ・・と、最下方のＸ−分岐パターン６ａから、入力操作検出回路部２０へ引き出されるＹ＋引き出しパターン６ｂとから構成されている。Ｙ＋電極６の複数のＹ＋分岐パターン６ａ、６ａ・・も、Ｙ−電極７の複数のＹ−分岐パターン７ａ、７ａ・・と、頂点Ｐについて点対称の形状で球冠体２のＹ＋側球面に形成される。従って、Ｙ＋分岐パターン６ａの表面積は、頂点Ｐを回転中心にＹ＋方向で最大で、Ｙ＋方向から回転するほど減少するとともに、Ｙ＋方向底円側が最大でＹ−方向に移動するほど減少するものとなる。

上述のように、球冠体２の球面に形成されたＸ＋電極４、Ｘ−電極５、Ｙ＋電極６及びＹ−電極７の各分岐パターン４ａ、５ａ、６ａ、７ａは、それぞれ円周方向で隣り合う分岐パターン４ａ、５ａ、６ａ、７ａと櫛形で咬合し、互いに重ならずに同一球帯Ｂの球面を相補する形状に形成されているので、限られた面積の球冠体２の球面に、無駄なく広い表面積の分岐パターン４ａ、５ａ、６ａ、７ａを形成でき、被検出体の接近による浮遊容量の増加を、より精度良く検出できる。

一方、各球帯Ｂの幅を異ならせ各分岐パターンの表面積を異ならせても、被検出体となる指が複数の球帯Ｂに対向して浮遊容量の変化を明確に識別できない場合には、分岐パターンを形成しない球帯Ｂを介在させるなど、絶縁体である球冠体２の表面で、分岐パターン間の間隔を隔ててもよい。

Ｘ＋電極４、Ｘ−電極５、Ｙ＋電極６及びＹ−電極７を保護するためにその表面を覆うカバーシート８は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどのポリエステル樹脂などの薄肉シートで形成されるが、必ずしも透明である必要はなく、指示入力装置１が取り付けられる筐体などに合わせて種々の色彩、模様とすることができる。カバーシート８の表面は、被検出体となる指を接近させ、若しくは接触させてなぞる入力操作面となる。

図５に示すように、入力操作部１０への入力操作位置を検出する入力操作検出回路部２０は、静電容量を電圧に変換するＣＶ変換回路２１と、Ｘ＋電極４、Ｘ−電極５、Ｙ＋電極６及びＹ−電極７のいずれかの引き出しパターン４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂを選択的に切り替えてＣＶ変換回路２１へ接続する切換スイッチ２２と、ＣＶ変換回路２１の出力を二値化するＡ／Ｄコンバータ２３と、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力に接続される制御部２４を有している。

ＣＶ変換回路２１は、一方の入力２６ａに遅延回路を形成する抵抗Ｒ１が接続されたＡＮＤ回路２６と、抵抗Ｒ１の他側とＡＮＤ回路２６の他方の入力２６ｂへ所定周期の矩形波のクロック信号を出力する発振回路２７と、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１とからなる平滑回路２８とで構成されている。

また、抵抗Ｒ１とＡＮＤ回路２６の入力２６ａ間には、４種類の切換端子を各引き出しパターン４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂへ接続させた切換スイッチ２２のコモン端子が接続している。これにより、切換スイッチ２２で接続したＸ＋電極４、Ｘ−電極５、Ｙ＋電極６及びＹ−電極７のいずれかの検出電極の静電容量と抵抗Ｒ１による遅延回路が形成され、検出電極の静電容量に応じて遅延するクロック信号がＡＮＤ回路２６の入力２６ａに入力される。すなわち、ＡＮＤ回路２６の一方の入力２６ａに、検出電極の静電容量に比例して遅延するクロック信号が入力され、他方の入力２６ｂに、遅延しないクロック信号が入力されるので、ＡＮＤ回路２６は、クロック信号のパルス幅を最大幅とし、検出電極の静電容量に応じてパルス幅が短くなるパルス信号が出力する。

ＡＮＤ回路２６の出力は、平滑回路２８で平滑化され、パルス幅に応じた電圧ＶをＡ／Ｄコンバータ２３へ出力する。Ａ／Ｄコンバータ２３は、検出電極の静電容量を表す平滑回路２８の出力電圧Ｖを、ＣＰＵなどで構成される制御回路２４が演算可能な二値データとして制御回路２４へ出力する。制御回路２４は、切換スイッチ２２を切換制御し、検出電極毎にＡ／Ｄコンバータ２３より入力される二値化した出力電圧Ｖを比較し、球冠体２の表面の入力操作面に対する被検出体の回転入力操作やＸ、Ｙ方向の移動操作を検出する。

以下、このように構成された指示入力装置１により、被検出体の回転入力操作若しくはＸ、Ｙ方向の移動操作を検出する動作を説明する。被検出体として例えば指を、球冠体２を接近させると、指に対向する球冠体２の表面の分岐パターンの対向面積に比例して、その分岐パターンを有する検出電極の浮遊容量が増加する。入力操作検出回路部２０では、制御回路２４が切換スイッチ２２のコモン端子を、各検出電極４、５、６、７の分岐パターン４ａ、５ａ、６ａ、７ａへ、入力操作速度に対して充分早い周期で切り換え制御し、入力操作位置毎に、各検出電極４、５、６、７の浮遊容量の増減をＡ／Ｄコンバータ２３から二値化した電圧Ｖで表して制御回路２４へ入力している。

始めに、指示入力装置１に対するＺ軸回りの回転入力操作を検出する動作を説明する。球冠体２の表面に形成されたＸ＋電極４、Ｘ−電極５、Ｙ＋電極６及びＹ−電極７の各検出電極の分岐パターン４ａ、５ａ、６ａ、７ａは、それぞれ頂点ＰからＸ＋方向、Ｘ−方向、Ｙ＋方向、Ｙ−方向で表面積が最大で、その方向からＺ軸回りに離れるほど減少するように形成されているので、例えば、指をＸ＋方向から球冠体２へ接近させると、Ｘ＋電極４の浮遊容量による静電容量Ｃｘ＋が増加する。

この状態で、制御回路２４が切換スイッチ２２のコモン端子をＸ＋引き出しパターン４ｂへ接続させると、ＡＮＤ回路２６の入力２６ａに、抵抗Ｒ１と静電容量Ｃｘ＋により遅れたクロック信号が入力される。ＡＮＤ回路２６の他方の入力２６ｂには、遅延しないクロック信号が入力されるので、ＡＮＤ回路２６の出力は、クロック信号のパルス幅より、静電容量Ｃｘ＋の増加による遅延時間だけ短いパルス幅のパルス信号が出力される。平滑回路２８は、このＡＮＤ回路２６から出力されるパルス幅に応じた電圧Ｖｘ＋をＡ／Ｄコンバータ２３を介して制御回路２４へ出力するので、制御回路２４に入力される二値化した電圧Ｖｘ＋は、指をＸ＋方向から球冠体２の底面側に近接させ、Ｘ＋電極４の静電容量Ｃｘ＋が最大となったときに最小値となる。

一方、Ｘ＋方向から接近させる指に対する他の検出電極の分岐パターン５ａ、６ａ、７ａの対向面積は、０若しくは極めて小さいので、切換スイッチ２２のコモン端子をこれらの各引き出しパターン５ｂ、６ｂ、７ｂへ順次接続してＡＮＤ回路２６の入力２６ａに入力されるクロック信号は、他方の入力２６ｂに対して遅れることなく、ＡＮＤ回路２６からクロック信号のパルス幅とほぼ同一幅のパルス信号が出力される。従って、他の検出電極５、６、７の静電容量Ｃｘ−、Ｃｙ＋、Ｃｙ−が０であるときに、制御回路２４に入力される各検出電極５、６、７の静電容量を表す電圧Ｖｘ−、Ｖｙ＋、Ｖｙ−は、最大電圧Ｖｍａｘとなる。つまり、制御回路２４に入力される電圧Ｖは、検出電極の静電容量Ｃが増加すると低下し、静電容量Ｃが０まで減少すると最大電圧Ｖｍａｘとなる関係で、各検出電極の浮遊容量の増減を表す。

図６（ａ）に示すように、Ｚ軸回りのＸ＋方向を０度として、時計回りに指の操作位置を移動させると、Ｘ＋電極４の静電容量Ｃｘ＋が徐々に減少し、Ｙ−電極７の静電容量Ｃｙ−が徐々に増加するので、制御回路２４に入力される電圧Ｖｘ＋は徐々に増加し、電圧Ｖｙ−が徐々に減少する。時計回りに９０度回転させたＹ−方向の操作位置で、Ｙ−電極７の静電容量Ｃｙ−は最大となり、Ｙ−電極７について制御回路２４に入力される電圧Ｖｙ−は最小値となるとともに、Ｘ＋電極４についての電圧Ｖｘ＋は、最大電圧Ｖｍａｘ近傍まで上昇する。尚、Ｙ−方向の操作位置で電圧Ｖｘ＋が最大電圧Ｖｍａｘとならないのは、Ｙ−方向に接近する指の一部がＸ＋電極４の分岐パターン４ａの端部に対向する為である。

指の操作位置をＹ−方向から時計回りに更に回転させると、Ｙ−電極７の静電容量Ｃｙ−が徐々に減少し、Ｘ−電極５の静電容量Ｃｘ−が徐々に増加し、時計回りに１８０度回転させたＸ−方向の操作位置で、Ｘ−電極５の静電容量Ｃｘ−は最大となり、Ｘ−電極５についての電圧Ｖｘ−は最小値となるとともに、Ｙ−電極７についての電圧Ｖｙ−は、最大電圧Ｖｍａｘ近傍まで上昇する。同様に、指の操作位置を２７０度回転させたＹ＋方向では、Ｙ＋電極６の静電容量Ｃｙ＋が最大となるので、Ｙ＋電極７について制御回路２４に入力される電圧Ｖｙ＋は最小値となるとともに、Ｘ−電極５についての電圧Ｖｘ−は、最大電圧Ｖｍａｘ近傍まで上昇する。

このように、Ｚ軸回りの操作位置によって各検出電極４、５、６、７について制御回路２４に入力される電圧Ｖｘ＋、Ｖｘ−、Ｖｙ＋、Ｖｙ−は、図６（ａ）に示すように異なる電圧となるので、制御回路２４では、各電圧Ｖｘ＋、Ｖｘ−、Ｖｙ＋、Ｖｙ−から操作位置で隣り合う一組の検出電極についての電圧を比較して、球冠体２に対する指によるＺ軸回りの操作方向を検出できる。

本実施の形態では、検出電極の静電容量が０であるときに制御回路２４に入力される最大電圧Ｖｍａｘより低い電圧をしきい電圧Ｖｔｈ（図６（ａ）の破線で図示）とし、いずれかの検出電極４、５、６、７について制御回路２４に入力される電圧Ｖがしきい電圧Ｖｔｈ以下となったときに、その検出電極Ｅ１とその検出電極Ｅ１についての電圧Ｖ１を得る。入力操作を行わない場合に、全ての検出電極について制御回路２４へ入力される電圧Ｖは、指によって浮遊容量が増加していない状態の最大電圧Ｖｍａｘであるので、いずれかの検出電極４、５、６、７についての電圧Ｖがしきい電圧Ｖｔｈ以下となった場合には、少なくともその検出電極Ｅ１が配置された方向から指が操作されたこととなる。例えば、図６（ａ）に示すように、Ｙ−電極７について制御回路２４に入力される電圧Ｖｙ−がしきい電圧Ｖｔｈ以下となった場合には、入力操作位置がＺ軸回りのθ１とθ２の間であることがわかる。

続いて、切換スイッチ２２を切り換えることにより、制御回路２４に入力それる検出電極Ｅ１に隣り合う検出電極Ｅ２、Ｅ３についての電圧Ｖ２、Ｖ３を比較する。電圧Ｖ２、Ｖ３のいずれか一方（例えばＶ３）は、最大電圧Ｖｍａｘ若しくはその近傍の値であり、いずれか低い電圧Ｖ２とその検出電極Ｅ２を検出する。上記例では、Ｙ−電極７に隣り合う検出電極は、Ｘ＋電極４とＸ−電極５であり、入力操作位置がＹ−方向よりθ１寄りであれば、Ｘ＋電極４の電圧Ｖｘ＋が、ほぼ最大電圧ＶｍａｘとなるＸ−電極５の電圧Ｖｘ−より低く、θ２寄りであれば、Ｘ−電極５の電圧Ｖｘ−が、ほぼ最大電圧ＶｍａｘとなるＸ＋電極４の電圧Ｖｘ＋より低いものとなる。ここでは、入力操作位置がＺ軸回りのＹ−方向θ２の間であるとして、Ｘ−電極５の電圧Ｖｘ−が電圧Ｖｘ＋より低いものとなる。

Ｚ軸回りの入力操作方向（入力操作位置）は、電圧Ｖ２、Ｖ３のいずれか低い側の電圧（例えばＶ２）と最大電圧Ｖｍａｘとの差分と、しきい電圧Ｖｔｈ以下となった電圧Ｖ１と最大電圧Ｖｍａｘとの差分から算出する。以下、制御回路２４に入力される各検出電極についての電圧ＶがＺ軸回りで等しい勾配で変化するものとし、図６（ａ）を拡大した図７を用いて操作位置の算出方法を説明する。図中、電圧Ｖ１が最小となるＺ軸回りの操作位置を基準位置θ_０と、入力操作位置を基準位置θ_０から反時計回りにθｒ回転した位置と、最大電圧Ｖｍａｘと低い側の電圧Ｖ２との差をａ、最大電圧Ｖｍａｘと電圧Ｖ１との差をｂとしている。

電圧Ｖ１と電圧Ｖ２が等しくなる位置、つまりａとｂが等しくなる位置は、９０度間隔でＺ軸回りに配置された隣り合う検出電極Ｅ１、Ｅ２のほぼ中間であるので、基準位置θ_０から４５度回転した位置であり、低い側の電圧Ｖ２は、基準位置θ_０から逆方向にα回転した位置で最大電圧Ｖｍａｘとなるので、図示する関係から、

θｒ＝ａ（２α＋９０）／（ａ＋ｂ）−α ・・・（１）式

の関係が得られ、検出電極Ｅ１の表面積が最も大きい基準位置θ_０からの入力操作位置が得られる。

尚、隣り合う検出電極Ｅ１、Ｅ２のほぼ中間を越えた位置が入力操作された場合には、電圧Ｖ１が低い側の電圧Ｖ２より高くなるが、（１）式は、中間位置を越えても成り立ち、基準位置θ_０からの入力操作位置を求めることができる。つまり、しきい電圧Ｖｔｈ以下として最初に判別される電圧Ｖは、他の検出電圧について制御回路２４へ入力される電圧Ｖに対して最も低い電圧である必要はなく、しきい電圧Ｖｔｈ以下となる電圧Ｖを制御回路２４へ出力するものであれば、いずれの検出電極についても上記方法で入力操作位置を算定できる。

上述例で更に具体的に入力操作位置の算定を説明すると、図６（ａ）において、Ｚ軸回りのＹ−方向とθ２の間の位置に入力操作があり、Ｙ−電極７について制御回路２４へ入力された電圧Ｖｙ−と、Ｘ−電極５について入力された電圧Ｖｘ−がしきい電圧Ｖｔｈ以下となる。入力操作位置は、Ｙ−方向の９０度と、Ｘ−方向の１８０度の間となり、Ｙ−方向から操作位置までの角度θｒは、αを例えば５度、ａをＶｍａｘ−Ｖｘ−、ｂをＶｍａｘ−Ｖｙとして、（１）式から、

θｒ＝１００（Ｖｍａｘ−Ｖｘ−）／（２Ｖｍａｘ−（Ｖｘ−＋Ｖｙ−））−５ ・・・（２）式

より得られ、制御回路２４は、Ｚ軸回りの入力操作位置を、Ｘ＋方向を０度として、１００（Ｖｍａｘ−Ｖｘ−）／（２Ｖｍａｘ−（Ｖｘ−＋Ｖｙ−））＋８５から算定する。

（１）式から明らかなように、Ｚ軸回りの入力操作位置は、入力操作位置に対向する隣り合う一組の検出電極についての浮遊容量の変化量（ａ、ｂ）の比から検出でき、各検出電極の変化量自体を求める必要はない。つまり、各検出電極についての浮遊容量は、検出電極と指との距離の二乗に反比例するので、検出電極と指との距離に応じて異なるが、隣り合う検出電極の指との対向面積の比は指との距離で変化しない。従って、各検出電極４、５、６、７の表面を覆うカバーシート８に沿って指をなぞらせて被検出体と対向する検出電極間の距離を等距離とするような制約を入力操作に課すことなく、操作位置が検出できる。ただし、制御回路２４に入力される各検出電極についての電圧ＶがＺ軸回りの入力操作位置によって等しい勾配で変化することを条件に、Ｚ軸回りの入力操作位置を検出するので、各検出電極の円弧との交差位置から円周方向両側に向けて先細りの弓形に形成される分岐パターンは、可能な限り円周方向の距離に比例して表面積が変化する形状とすることが望ましい。

指示入力装置１に対するＺ軸回りの回転方向と回転速度は、この入力操作位置の算定を所定周期で実行し、一周期の入力操作位置間の相対移動方向と移動距離とから検出できる。しかしながら、Ｚ軸回りの入力操作位置は、上述のように、各検出電極のＺ軸回りの表面積が回転角度に比例して変化するように、その分岐パターンを形成する必要があり、また、所定周期毎の入力操作位置を求める演算に時間を要する。一方、入力操作の回転操作方向と回転操作速度のみを検出する場合には、必ずしも入力操作位置を算定する必要はなく、各検出電極のＺ軸回りの表面積を回転角度に正確に比例させる必要もないので、以下、この回転操作方向と回転操作速度を検出する方法を説明する。

図６（ａ）に示すように、各検出電極４、５、６、７について制御回路２４に入力される電圧Ｖｘ＋、Ｖｘ−、Ｖｙ＋、Ｖｙ−は、それぞれ０度、１８０度、２７０度、９０度で最低電圧となり、かつ、最低電圧である位置からほぼ４５度回転した位置で、隣り合う検出電極について制御回路２４に入力される電圧が等しくなっている。従って、電圧Ｖｘ＋、Ｖｘ−、Ｖｙ＋、Ｖｙ−から、隣り合う検出電極についての一組の電圧Ｖの変化を比較すれば、回転操作方向を検出できる。例えば、Ｙ−電極７についての電圧Ｖｙ−が上昇し、Ｙ−電極７に隣り合うＸ＋電極４についての電圧Ｖｘ＋が下降していれば、図１で反時計回りの回転操作と、隣り合うＸ−電極５についての電圧Ｖｘ−が下降していれば、時計回りの回転操作であると判別できる。

また、いずれかの電圧Ｖｘ＋、Ｖｘ−、Ｖｙ＋、Ｖｙ−が最低電圧となることと、その最低電圧となった検出電極とから、０度、９０度、１８０度、２７０度の上記入力操作位置が検出され、電圧Ｖｘ＋、Ｖｘ−、Ｖｙ＋、Ｖｙ−の隣り合う一組の検出電極についての電圧が等しくなるその一組の検出電極とから、Ｚ軸回りの更にその中間の入力操作位置が検出されるので、これらの検出した一組の入力操作位置間の経過時間から回転速度を検出できる。

次に、被検出体のＸ、Ｙ平面上の入力操作方向を検出する方法を説明する。上述したように、球冠体２の表面に形成されたＸ＋電極４、Ｘ−電極５、Ｙ＋電極６及びＹ−電極７の各検出電極の分岐パターン４ａ、５ａ、６ａ、７ａは、球心Ｏから頂点Ｐに向かってＺ方向の間隔を徐々に減少させた各球帯Ｂ１乃至Ｂ６上に形成されているので、それぞれ頂点Ｐから底円に向かって表面積が増加するので、指をカバーシート８の表面に沿って頂点Ｐから底円に向けて移動させると、その方向に配置された検出電極の静電容量Ｃｘ＋、Ｃｘ−、Ｃｙ＋、Ｃｙ−が増加する。

その結果、図６（ｂ）に示すように、切換スイッチ２２のコモン端子をＸ＋引き出しパターン４ｂへ接続させて制御回路２４に入力される電圧Ｖｘ＋は、指による入力操作位置が頂点ＰからＸ＋方向に移動するにつれて全体では減少し、切換スイッチ２２のコモン端子をＸ−引き出しパターン５ｂへ接続させて制御回路２４に入力される電圧Ｖｘ−は、入力操作位置が頂点ＰからＸ−方向に移動する全体で減少し、それぞれ底円の付近で最小値となる。同様に、図６（ｃ）に示すように、切換スイッチ２２のコモン端子をＹ＋引き出しパターン６ｂへ接続させて制御回路２４に入力される電圧Ｖｙ＋は、指による入力操作位置が頂点ＰからＹ＋方向に移動するにつれて減少し、切換スイッチ２２のコモン端子をＹ−引き出しパターン７ｂへ接続させて制御回路２４に入力される電圧Ｖｙ−は、入力操作位置が頂点ＰからＹ−方向に移動するにつれて減少し、それぞれ底円の付近で最小値となる。

従って、通過するＸＹ方向の入力操作が、頂点Ｐから底円に向かう操作であるか、底円側から頂点Ｐに向かう操作であるかは、入力操作の経過と共に制御回路２４に入力される各検出電圧についての電圧Ｖｘ＋、Ｖｘ−、Ｖｙ＋、Ｖｙ−の図６（ｂ）（ｃ）に示す傾きから判別でき、上昇する傾きであれば前者と、下降する傾きであれば後者と判別できる。ＸＹ平面上の入力操作方向は、上述したように、Ｚ軸回りの入力操作方向として検出できるので、入力操作で変化する電圧Ｖｘ＋、Ｖｘ−、Ｖｙ＋、Ｖｙ−の傾きとから、ＸＹ平面上の入力操作方向を検出できる。

また、被検出体のＸ、Ｙ方向の入力操作速度は、異なる球帯Ｂ間を指の入力操作位置が移動する経過時間から検出することができる。各検出電極の各球帯Ｂ１乃至Ｂ６毎に形成される分岐パターンは、頂点Ｐを通過する入力操作方向で、球帯Ｂ毎に隣り合う検出電極の分岐パターンが介在しているので、静電容量Ｃｘ＋、Ｃｘ−、Ｃｙ＋、Ｃｙ−は、頂点Ｐから底円に向かう移動距離に比例して一定比率で増加せず、各球帯Ｂ１乃至Ｂ６を通過する毎に増加率が変動する。これにより、各検出電圧の静電容量の変化を表す電圧Ｖｘ＋、Ｖｘ−、Ｖｙ＋、Ｖｙ−の波形は、各球帯Ｂ１乃至Ｂ６の位置を入力操作が通過する毎に極小値と極大値が生じる波線の波形となる。従って、電圧Ｖが変化するいずれかの電圧Ｖｘ＋、Ｖｘ−、Ｖｙ＋、Ｖｙ−について、極小値の発生位置から個々の球帯Ｂを通過する入力操作位置を検出することができ、頂点Ｐを通過する円弧に沿った球帯Ｂ間の距離と、その間の経過時間とから入力操作速度を検出できる。例えば、本実施の形態では、底円側から頂点Ｐに向かって徐々にその幅が減少する球帯Ｂ１乃至Ｂ６が形成されているので、底円から頂点Ｐへ入力操作を行った場合には、電圧Ｖが上昇すると共に、その上昇する波形の波形に球帯Ｂ１乃至Ｂ６に対応する６カ所に極小値が発生する。各球帯Ｂ間の円弧に沿った距離は、既知であるので、その間の経過時間から入力操作速度を検出できる。

また、入力操作速度は、このようにして求めるいずれかの球帯Ｂと頂点Ｐ間を移動する入力操作時間から検出してもよい。頂点Ｐへの入力操作位置の検出は、全ての電圧Ｖｘ＋、Ｖｘ−、Ｖｙ＋及びＶｙ−が、Ｖｍａｘ以下の電位となることから検出する。全ての電圧Ｖの電位低下は、球冠体２の頂点Ｐを中心としてＸ＋、Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−の各方向に分けて形成された４種類の検出電極がそれぞれ指に対向することを表すものであり、指による入力操作位置が頂点Ｐ以外では、４種類の検出電極に対向しないからである。変化する電圧Ｖの波形について、入力操作位置が頂点Ｐを示す電圧から、電圧Ｖが下降する方向に向かって最初に極小値が発生する位置から、極小値が発生する位置毎に、順に入力操作位置が球帯Ｂ６、Ｂ５、Ｂ４・・であると判別でき、頂点Ｐとこれらのいずれかの球帯Ｂとの円弧に沿った距離と、その間の経過時間とから、入力操作速度を検出できる。

また、この指示入力装置１では、全ての電圧Ｖｘ＋、Ｖｘ−、Ｖｙ＋及びＶｙ−が、Ｖｍａｘ以下の電位となることから、頂点Ｐに被検出体を接近させるだけで、オン、オフのスイッチ入力が可能な非接触スイッチとして作用させることもできる。

上述の実施の形態において、絶縁体である球冠体２を、底円が仮想球体の大円となる半球としたが、頂点ＰがＺ軸の上方にあれば、下方の球帯の一部を除いた球冠状であってもよく、また、球冠体２の表面は、完全な球面である必要はなく、球冠状の表面であればよい。

また、各検出電極４、５、６、７の静電容量を電圧に変換して、電圧変化から入力操作方向、入力操作位置などをを検出したが、静電容量の変化から直接、検出してもよい。

更に、被検出体として指で入力操作を行う例で説明したが、操作者などを介して接地されるものであれば、指以外の他の入力操作具であってもよい。

本発明は、静電容量方式によって、回転操作方向とＸＹ方向の入力操作方向を検出する指示入力装置に適している。

本発明の一実施の形態に係る指示入力装置１の平面図である。 指示入力装置１の正面図である。 指示入力装置１の斜視図である。 指示入力装置１の縦断面図である。 指示入力装置１の回路構成図である。 制御回路２４に入力される各検出電極４、５、６、７についての電圧波形を示し、（ａ）は、Ｚ軸回りの入力操作位置と電圧Ｖの関係を、（ｂ）は、Ｘ＋方向と、Ｘ−方向に沿った入力操作位置と電圧Ｖｘ＋、電圧Ｖｘ−の関係を、（ｃ）は、Ｙ＋方向と、Ｙ−方向に沿った入力操作位置と電圧Ｖｙ＋、電圧Ｖｙ−の関係を、それぞれ示す波形図である。 Ｚ軸回りの入力操作位置の算定方法を示す説明図である。 従来の指示入力装置１００を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ 指示入力装置
２ 球冠体
４ Ｘ＋電極
４ａ Ｘ＋分岐パターン
５ Ｘ−電極
５ａ Ｘ−分岐パターン
６ Ｙ＋電極
６ａ Ｙ＋分岐パターン
７ Ｙ−電極
７ａ Ｙ−分岐パターン
２１ 浮遊容量検出手段（Ｃ／Ｖ変換回路）
４ａ Ｘ＋分岐パターン
５ａ Ｘ−分岐パターン
Ｂ 球帯
Ｐ 頂点

Claims (5)

1. 互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の交点を球心とする仮想球体のＺ軸上方を頂点とする球冠状に形成された絶縁性の球冠体と、
   前記球冠体のＸ方向一側の半球面上で、それぞれＺ軸回りの円周方向に沿った帯状に形成され、頂点を通過するＸ方向の大円と異なる位置で交差する複数のＸ＋分岐パターンを有し、各Ｘ＋分岐パターンの前記大円と交差する帯状の交差幅が、底円から頂点に向かって漸次減少するＸ＋電極と、
   前記球冠体のＸ方向他側の半球面上で、それぞれＺ軸回りの円周方向に沿った帯状に形成され、頂点を通過するＸ方向の大円と異なる位置で交差する複数のＸ−分岐パターンを有し、各Ｘ−分岐パターンの前記大円と交差する帯状の交差幅が、底円から頂点に向かって漸次減少するＸ−電極と、
   前記球冠体のＹ方向一側の半球面上で、それぞれＺ軸回りの円周方向に沿った帯状に形成され、頂点を通過するＹ方向の大円と異なる位置で交差する複数のＹ＋分岐パターンを有し、各Ｙ＋分岐パターンの前記大円と交差する帯状の交差幅が、底円から頂点に向かって漸次減少するＹ＋電極と、
   前記球冠体のＹ方向他側の半球面上で、それぞれＺ軸回りの円周方向に沿った帯状に形成され、頂点を通過するＹ方向の大円と異なる位置で交差する複数のＹ−分岐パターンを有し、各Ｙ−分岐パターンの前記大円と交差する帯状の交差幅が、底円から頂点に向かって漸次減少するＹ−電極と、
   Ｘ＋電極、Ｘ−電極、Ｙ＋電極若しくはＹ−電極の各検出電極の浮遊容量の変化をそれぞれ検出する浮遊容量検出手段とを備え、
   各検出電極の分岐パターンは、隣り合う検出電極が球面上で重ならないように、頂点を通過するＸ方向若しくはＹ方向の大円との交差位置からＺ軸回りの円周方向両側に向けて先細りに形成され、
   被検出体を前記球冠体に接近させて入力操作を行った際に、Ｘ＋電極及びＸ−電極の浮遊容量の変化と、Ｙ＋電極及びＹ−電極の浮遊容量の変化から、被検出体のＸＹ平面上の操作方向を検出するとともに、Ｘ＋電極、Ｘ−電極、Ｙ＋電極若しくはＹ−電極のいずれかの隣り合う検出電極の浮遊容量の変化から、被検出体のＺ軸回りの回転操作方向を検出することを特徴とする指示入力装置。
2. 被検出体を前記球冠体に接近させて入力操作を行った際に、Ｘ＋電極、Ｘ−電極、Ｙ＋電極若しくはＹ−電極の浮遊容量が変化する隣り合う検出電極の浮遊容量を比較し、被検出体のＺ軸回りの回転操作位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の指示入力装置。
3. 各検出電極の分岐パターンは、分岐パターンが大円と交差する交差幅の球帯で区切られる球冠体の表面を、隣り合う検出電極の分岐パターンとで相補する形状に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の指示入力装置。
4. 各検出電極の分岐パターンは、頂点の周囲で、頂点について点対称の形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の指示入力装置。
5. 浮遊容量検出手段は、各検出電極の浮遊容量をそれぞれ電圧に変換するＣＶ変換回路を備え、ＣＶ変換回路の出力電圧の変化から被検出体のＺ軸回りの回転操作方向と回転操作速度を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の指示入力装置。

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