JP2012059088A - 多方向入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スリープモード期間における低消費電力化を図る。
【解決手段】多方向入力装置ＰＤは入力部１００及び静電容量検出ＩＣを具備する。入力部１００は、多方向に移動可能な操作体１２０及び金属体１３０と、絶縁基板１１０の面上に同心円状に配設された検出電極１４２ａ、１４４ａ、環状の検出電極１４０ｂ及びＧＮＤ電極１５０とを有する。静電容量検出ＩＣは、金属体１３０と検出電極１４０ｂの間の静電容量の測定を通じて操作体１２０の移動の有無を検出する一方、金属体１３０と検出電極１４２ａ、１４４ａとの間の静電容量の各測定を通じて操作体１２０の移動方向を検出する。初期位置で金属体１３０の外縁部１３２の外周端と検出電極１４２ａ、１４４ａの内周端との間の平面的な距離Ｒ１と、外縁部１３２の内周端とＧＮＤ電極１５０の外周端との間の平面的な距離Ｒ２とが略同じである。
【選択図】図１

Description

本発明は操作レバーの操作方向を検出する静電容量式の多方向入力装置に関する。

この種の多方向入力装置はポインティングデバイスやジョイスティック等として携帯電話装置やゲーム機等の各種電子機器に広く利用されている。同装置は、多方向に操作可能な操作レバーと、複数の固定電極が形成された基板と、操作レバーに固定電極と対向して配設された可動電極とを具備している。即ち、前記装置は、操作レバーが操作されると、これに伴って複数の固定電極と可動電極との対向面積が変化し、両電極間の静電容量の変化を測定して操作レバーの操作方向を検出するようになっている（例えば、特許文献１等）。

特開２００１−３２５８５８号公報

ところで、装置全体の低消費電力化を図る観点から操作レバーが所定期間操作されないときにはスリープモード（操作入力待ち状態の処理）に移行することが行なわれている。即ち、前記装置は、スリープモードにおいては、操作レバーが移動したか否かを検出し、操作レバーの移動が検出されると、スリープモードから動作モード（連続検出状態の処理）に移行し、この状態で操作レバーの操作方向を連続的に検出するようになっている。

しかしながら、スリープモードにおいて操作レバーが移動したか否かを検出するには、複数の固定電極に対して順次的に駆動電流を流すことが必要不可欠であり、この点で低消費電力化を図ることが困難という問題が指摘されている。特にバッテリー駆動の携帯機器の場合、ほとんどの時間がユーザからの入力待ち状態となり、バッテリー連続駆動時間を長くするためにスリープモード期間の消費電流の低下が大きく要請されている。

本発明は上記背景に鑑みて創作されたものであり、その目的とするところは、スリープモード期間における低消費電力化を図ることが可能な多方向入力装置を提供することにある。

本発明に係る多方向入力装置は、ベース部と、このベース部の面上に環状に周方向に間隔を開けて配設された複数の第１検出電極と、前記ベース部の面上の前記第１検出電極の内側に当該第１検出手段と同心状に配設された環状の第２検出電極と、前記ベース部の面上の前記第２検出電極の内側に当該第２検出電極と同心状に配設されたＧＮＤ電極と、前記ベース部に対向配置されており且つ所定の原点位置から多方向に移動可能な操作部と、前記第２検出電極に対向する初期位置から前記操作部の移動に伴って移動可能な環状の可動金属部材と、前記可動金属部材と前記第２検出電極との間の静電容量の測定を通じて前記操作部の移動の有無を検出する一方、前記可動金属部材と前記第１検出電極との間の静電容量の各測定を通じて前記操作部の移動方向を検出する検出手段とを備えている。前記初期位置に位置した可動金属部材の外端と前記第１検出電極の内端との間の平面的な距離Ｒ１と、前記初期位置に位置した可動金属部材の内端と前記ＧＮＤ電極の外端との間の平面的な距離Ｒ２とが略同じである。

このような態様の発明による場合、可動金属部材と第２検出電極との間の静電容量の測定することにより、操作部の移動の有無を検出することができるので、操作部の移動の有無を検出する際に、複数の第１検出電極に駆動電流を流すことが不要となる。よって、操作部の移動の有無を検出する時（すなわち、スリープモード時）の低消費電力化を図ることが可能となる。しかも、前記初期位置に位置した可動金属部材の外端と前記第１検出電極の内端との間の平面的な距離Ｒ１と、前記初期位置に位置した可動金属部材の内端と前記ＧＮＤ電極の外端との間の平面的な距離Ｒ２とが略同じであるので、操作部の移動に伴って可動金属部材が移動すると、可動金属部材が移動方向側の第１検出電極とＧＮＤ電極とに平面位置的に略同時に交差する。これにより、可動金属部材と移動方向側の第１検出電極との間に発生する静電容量を大きくすることが可能になるので、操作部の移動の検出精度を向上させることができ、装置の高性能化を図ることができる。更に、初期位置で可動金属部材と第２検出電極が対向しており、第２検出電極に一回電圧を印加するだけで操作部の移動の有無が検出可能であることから、操作部の移動の有無に要する時間が短縮されるので、この点でも装置の高性能化を図ることができる。

前記検出手段は、前記第１、第２検出電極から一の検出電極を選択する切替部と、この切替部により選択された検出電極と前記可動金属部材との間の静電容量の大きさを検出する検出部と、前記操作部の移動の有無を検出するスリープモードと、前記操作部の移動方向を検出する動作モードとを前記切替部を制御して切り替える制御部とを備えた構成とすることが可能である。この場合、前記制御部は、前記第２検出電極が選択されるように前記切替部を制御してスリープモードとし、この状態で前記検出部の出力に基づいて前記操作部の移動の有無を検出し、その後、前記操作部の移動が検出されると、前記第１検出電極が順次的に選択されるように前記切替部を制御してスリープモードから動作モードに切り替え、この状態で前記検出部の出力に基づいて前記操作部の移動方向を検出し、その後、前記操作部の移動方向に一定期間変化が見られないときには、前記第２検出電極が選択されるように前記切替部を制御して動作モードをスリープモードに切り替えるように構成することができる。

或いは、前記検出手段は、前記第１及び第２検出電極のいずれか一方を選択する切替部と、この切替部により選択された検出電極と前記可動金属部材との間の静電容量の大きさを検出する検出部と、前記操作部の移動の有無を検出するスリープモードと、前記操作部の移動方向を検出する動作モードとを前記切替部を制御して切り替える制御部とを備えた構成とすることも可能である。この場合、前記制御部は、前記第２検出電極が選択されるように前記切替部を制御してスリープモードとし、この状態で前記検出部の出力に基づいて前記操作部の移動の有無を検出し、その後、前記操作部の移動が検出されると、前記第１検出電極が選択されるように前記切替部を制御してスリープモードから動作モードに切り替え、この状態で前記検出部の出力に基づいて前記操作部の移動方向を検出し、その後、前記操作部の移動方向に一定期間変化が見られないときには、前記第２検出電極が選択されるように前記切替部を制御して動作モードをスリープモードに切り替えるように構成することができる。

前記切替部が、選択した検出電極を前記検出部に、選択しなかった検出電極をＧＮＤに接続するようになっていることが好ましい。このような態様の発明による場合、選択された検出電極とＧＮＤ電極との間に電気的に浮いた検出電極が存在しなくなるので、操作部の移動に伴って可動金属部材が移動し、選択された検出電極、ＧＮＤ電極及び選択されなかった検出電極に平面的に交差すると、可動金属部材を介して選択された検出電極とＧＮＤ（すなわち、ＧＮＤ電極及び選択されなかった検出電極）との間に大きな電位差が生じる。よって、可動金属部材と移動方向側の第１検出電極との間に発生する静電容量を更に大きくすることが可能になるので、操作部の移動の検出精度を向上させ、装置の高性能化を図ることができる。

前記検出手段については動作モード時に外部指令を受けると、第２検出電極が選択されるように前記切替部を制御しスリープモードに切り替えるようになっていることが好ましい。このような態様の発明による場合、動作モードにおいて操作部の操作方向を検出することが不要になったときは外部指令を通じてスリープモードに強制的に移行させることが可能になっているので、この点で一層低消費電力化を図ることが可能になる。

上記装置において、前記ベース部の面上に少なくとも第１、第２検出電極の付近を覆うように設けられ且つ外表面に前記可動金属部材の一部が接する絶縁層を更に備えることが好ましい。このような態様の発明による場合、絶縁層によって第１、第２検出電極が保護され、機械的な強度が高くなるだけでなく、可動金属部材と第１、第２検出電極との間の静電容量が大きくなり、これに伴って検出感度が高くなる。

上記装置において、前記操作部の押下を検出する押下スイッチを更に備えることが好ましい。この場合の押下スイッチについては、前記ベース部と前記絶縁層とに挟まれて固定され且つ前記操作部の押下により反転動作するドーム状のスナッププレートと、前記ベース部の面上に配設され且つ前記スナッププレートの反転により閉成される接点電極とを有したものとする。

このような態様の発明による場合、スナッププレートがベース部と絶縁層とに挟まれて固定されていることから、スナッププレートの固定作業が容易となる。また、絶縁層によってスナッププレートが保護され、この点でも機械的な強度が高くなる。

前記操作部は、原点位置で前記押下スイッチに対向する端部を有する軸体部と、この軸体部の前記端部の外周面に設けられた環状のフランジ部とを有する形状であることが好ましい。この場合、軸体部の端部の外周面に環状のフランジ部が設けられているため、操作部が原点位置から移動した状態で当該操作部が押下されたとしても、フランジ部が押下スイッチを押下することができる。すなわち、移動操作時に押下操作入力を行うことが可能であるので、装置の高性能化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る多方向入力装置の検出電極の縦断面図であって、（ａ）は操作部が原点位置に位置している状態を示す図、（ｂ）は操作部が原点位置から移動した状態を示す図である。 前記装置の概略的分解斜視図である。 前記装置の絶縁基板上に形成された各種電極の配置を説明するための模式的平面図であって、（ａ）は金属体が初期位置に位置した状態を示す図、（ｂ）は金属体が初期位置から移動した状態を示す図である。 前記装置の構成図である。 前記装置のマルチプレクサにより静電容量検出ロジックに接続された検出電極と、ＧＮＤに接続された検出電極との関係を示す説明図である。 前記装置の静電容量検出ＩＣのコントロールロジックにより処理される制御プログラムの概要を示すフローチャートである。 前記装置のスリープモード及び動作モードの各期間の消費電流の変化を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る多方向入力装置について図１乃至図７を参照して説明する。ここに例として挙げる多方向入力装置は携帯電話やゲーム機器等に設けられた静電容量式のポインティングデバイスＰＤである。このポインティングデバイスＰＤは、入力部１００と、静電容量検出ＩＣ２００とを備えている。入力部１００は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、絶縁基板１１０に沿って操作体１２０を原点位置Ｏから多方向（周囲の任意方向）にスライド操作入力可能であると共に、原点位置Ｏで操作体１２０を絶縁基板１１０に向けて押下操作入力可能になっている。静電容量検出ＩＣ２００（検出手段に相当）は、図３に示すように、入力部１００の操作入力を電気信号に変換して携帯電話等に内蔵のホストコントローラＨＣに出力するようになっている。以下、詳しく説明する。

入力部１００は、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示すように、絶縁基板１１０（ベース部に相当）、操作体１２０（操作部に相当）、金属体１３０（可動金属部材に相当）、方向検出電極１４１ａ〜１４４ａ（第１検出電極に相当）、移動検出電極１４０ｂ（第２検出電極に相当）、ＧＮＤ電極１５０、原点復帰機構１６０、押下スイッチ１７０、絶縁層１８０及びケース１９０を有している。

絶縁基板１１０はフレキシブル基板である。この絶縁基板１１０の表面上には、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、方向検出電極１４１ａ〜１４４ａ、移動検出電極１４０ｂ、ＧＮＤ電極１５０及び押下スイッチ１７０が設けられている。

方向検出電極１４１〜１４４ａは、絶縁基板１１０の表面上に原点位置Ｏを中心として９０°ピッチ間隔で間隔を空けて円環状に配設された４つの円弧状の電極である。移動検出電極１４０ｂは、絶縁基板１１０の表面上の方向検出電極１４１ａ〜１４４ａの内側に当該方向検出電極１４１ａ〜１４４ａと同心円状に形成された円環状の電極である。移動検出電極１４０ｂの中心は原点位置Ｏに一致しており、移動検出電極１４０ｂの外径は方向検出電極１４１ａ〜１４４ａの内周端を通って構成される仮想円の内径よりも小さくなっている。ＧＮＤ電極１５０は、絶縁基板１１０の表面上の移動検出電極１４０ｂの内側に移動検出電極１４０ｂと同心円状に形成された円環状の電極である。ＧＮＤ電極１５０の外径は、移動検出電極１４０ｂの内径よりも小さくなっている。

押下スイッチ１７０は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ドーム状のスナッププレート１７１と、接点電極１７２、１７３とを有している。接点電極１７２は、絶縁基板１１０の表面上の原点位置Ｏに形成された円形の電極である。接点電極１７３は、絶縁基板１１０の表面上のＧＮＤ電極１５０の内側にＧＮＤ電極１５０及び接点電極１７２と同心円状に形成された環状の電極である。スナッププレート１７１は、外周縁部が接点電極１７３に当接し且つ頂部が接点電極１７２に対向するように絶縁基板１１０の表面上に配置され、当該絶縁基板１１０と絶縁層１８０との間で挟持されている。このスナッププレート１７１は、操作体１２０の押下により反転動作可能となっている。スナッププレート１７１が反転してその頂部が接点電極１７２に接触することにより、接点電極１７２、１７３が閉成されるようになっている。

なお、絶縁基板１１０の面上には方向検出電極１４１〜１４４ａ、移動検出電極１４０ｂ、ＧＮＤ電極１５０及び接点電極１７２、１７３が形成されていることは上記した通りである。これ以外に方向検出電極１４１〜１４４ａ、移動検出電極１４０ｂ及び接点電極１７２、１７３に接続される各検出ラインが形成され、ＧＮＤ電極１５０に接続されるＧＮＤラインが形成されている。加えて、上記検出ライン、ＧＮＤラインが静電容量検出ＩＣ２００に電気的に接続されている。これらの各種ライン及び端子は図示省略されている。

絶縁層１８０は、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示すように、絶縁基板１１０の表面上に固着された絶縁シートであって、スナッププレート１７１、方向検出電極１４１〜１４４ａ、移動検出電極１４０ｂ及びＧＮＤ電極１５０を覆っている。絶縁層１８０の中央部は操作体１２０の押下に応じて窪み、当該操作体１２０と共にスナッププレート１７１を押下するようになっている。

ケース１９０は、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示すように、樹脂製のハウジング本体１９１と、金属板からなるカバー１９２とを有している。ハウジング本体１９１は有底角型の筒体であって、その底部に絶縁層１８０及び絶縁基板１１０が固着されている。ハウジング本体１９１の前記底部の中央部には円形の収容穴１９１ａが形成されている。ハウジング本体１９１の四辺部のうち直角に交差する二辺部には、略矩形状のスプリング収容孔１９１ｂが各々設けられている。カバー１９２は、矩形状の天板と、この天板の四辺に各々垂下された４つの係止部とを有している。前記係止部はハウジング本体１９１の四辺部の外面の係止凸部に係止されている。前記天板はハウジング本体１９１の上側を覆っている。この天板の中央部には矩形状の開口１９２ａが設けられている。

操作体１２０は、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示すように、樹脂製の角柱状の軸体部１２１と、樹脂製の円板状のスライダ１２２とを有している。スライダ１２２はハウジング本体１９１内部に収容されている。このスライダ１２２は、角筒状の突起部１２２ａと、突起部１２２ａの外周面に設けられた円板状の取付部１２２ｂとを有している。突起部１２２ａに上下に貫通する略矩形状の貫通孔１２２ａ１が開設されている。軸体部１２１の下端部は、スライダ１２２の貫通孔１２２ａ上下動自在に嵌合し、当該スライダ１２２と共にハウジング本体１９１内部に収容されている。軸体部１２１の下端部及びスライダ１２２の取付部１２２ｂが絶縁層１８０に当接しており、該絶縁層１８０上を軸体部１２１及びスライダ１２２が原点位置Ｏから多方向に絶縁基板１１０に沿って平行移動自在になっている。スライダ１２２の突起部１２２ａの上端部はカバー１９２の開口１９２ａに挿入されており、これにより操作体１２０の移動範囲が規制されている。軸体部１２１の上端部はカバー１９２の開口１９２ａから外部に突出しており、ユーザにより操作される部位となっている。原点位置Ｏにおいて、軸体部１２１の下端部は絶縁層１８０を介して押下スイッチ１７０のスナッププレート１７１の頂部上に位置している(軸体部１２１の下端部が絶縁層１８０を介してスナッププレート１７１に対向している。）。すなわち、軸体部１２１の下端部が絶縁層１８０を介して押下スイッチ１７０のスナッププレート１７１を押下可能になっている。また、軸体部１２１の下端部の外周面には円板状のフランジ部１２１ａが設けられているので、軸体部１２１が原点位置Ｏから移動した状態であっても、該フランジ部１２１ａが絶縁層１８０を介して押下スイッチ１７０のスナッププレート１７１を押下可能になっている。なお、軸体部１２１の軸芯がカバー１９２の開口１９２ａの中心と一致した位置が原点位置Ｏとなっている。

金属体１３０は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、操作体１２０の移動に伴って絶縁基板１１０に沿って平行移動可能な金属製の円環状の板である。金属体１３０は、内縁部１３１と、外縁部１３２とを有している。内縁部１３１は、操作体１２０のスライダ１２２の取付部１２２ｂに埋設された断面Ｌ字状の部位である。外縁部１３２は、図３（ａ）に示すように、内縁部１３１の外縁に連続する円板であって、外径が方向検出電極１４１ａ〜１４４ａの内周端を通って構成される仮想円よりも小さく、内径がＧＮＤ電極１５０の外径よりも大きい。この外縁部１３２は、操作体１２０が原点位置Ｏに位置している状態で、移動検出電極１４０ｂを覆うように対向配置される（これが、金属体１３０の初期位置となる。）。この初期位置において、図１（ａ）及び図３（ａ）に示すように、外縁部１３２の外周端と方向検出電極１４１ａ〜１４４ａの内周端との間の平面的な距離Ｒ１と、外縁部１３２の内周端とＧＮＤ電極１５０の外周端との間の平面的な距離Ｒ２とが略同じになっている。このため、外縁部１３２が初期位置からＹ、Ｘ、−Ｙ及び−Ｘ方向に移動すると、外縁部１３２のＹ、Ｘ、−Ｙ及び−Ｘ方向側の部分が方向検出電極１４１ａ、１４２ａ、１４３ａ、１４４ａに、外縁部１３２の−Ｙ、−Ｘ、Ｙ及びＸ方向側の部分がＧＮＤ電極１５０に略同時に平面的に重なる（図３（ｂ）参照）。外縁部１３２が初期位置からＹ、−Ｙ方向に移動したときには、方向検出電極１４２ａ、１４４ａ及び移動検出電極１４０ｂにも部分的に重なる。外縁部１３２が初期位置からＸ、−Ｘ方向に移動したときには、方向検出電極１４１ａ、１４３ａ及び移動検出電極１４０ｂにも部分的に重なる。

原点復帰機構１６０は、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示すように、第１、第２スライダ１６１、１６２と、第１、第２スプリング１６３、１６４とを有している。第１、第２スライダ１６１、１６２は、樹脂製の板体であって、ハウジング本体１９１内部に直交配置されている。第１スライダ１６１は、その長さ方向の両端部がハウジング本体１９１の底部とカバー１９２の天板との間にＹ、−Ｙ方向にスライド自在に挟持されている。第２スライダ１６２は、その長さ方向の両端部がハウジング本体１９１の底部とカバー１９２の天板との間にＸ、−Ｘ方向にスライド自在に挟持されている。第１スライダ１６１の中央部には、Ｘ、−Ｘ方向に延びる略矩形状の長孔１６１ａが設けられている。第２スライダ１６２の中央部には、Ｙ、−Ｙ方向に略矩形状の長孔１６２ａが設けられている。長孔１６１ａ、１６２ａは互いに連通しており、操作体１２０のスライダ１２２の突起部１２２ａが挿入されている。突起部１２２ａは、長孔１６１ａのＹ、−Ｙ方向の縁部及び長孔１６２ａのＸ、−Ｘ方向の縁部に当接する一方、長孔１６１ａ内をＸ、−Ｘ方向に、長孔１６２ａ内をＹ、−Ｙ方向に移動自在になっている。第１スライダ１６１の前記両端部のうち一方には、一対の凸部１６１ｂがＹ、−Ｙ方向に間隔を空けて設けられている。第２スライダ１６２の前記両端部のうち一方には、一対の凸部１６２ｂがＸ、−Ｘ方向に間隔を空けて設けられている。

第１、第２スプリング１６３、１６４は、図２に示すように、下端部がハウジング本体１９１のスプリング収容孔１９１ｂに収容され、上端部がスプリング収容孔１９１ｂから突出している。この第１スプリング１６３の上端部の両端が第１スライダ１６１の一対の凸部１６１ｂに、第２スプリング１６４の上端部の両端が第２スライダ１６２の一対の凸部１６２ｂに当接している。これにより、第１、第２スプリング１６３、１６４が第１、第２スライダ１６１、１６２を介して操作体１２０を原点位置Ｏで弾性保持している。第１スライダ１６１がＹ、−Ｙ方向に移動すると、第１スプリング１６３がスプリング収容孔１９１ｂのＹ、−Ｙ方向の縁部と−Ｙ、Ｙ方向側の凸部１６１ｂとの間で圧縮される。第２スライダ１６２がＸ、−Ｘ方向に移動すると、第２スプリング１６４がスプリング収容孔１９１ｂのＸ、−Ｘ方向の縁部と−Ｘ、Ｘ方向側の凸部１６２ｂとの間で圧縮される。これにより、第１スプリング１６３が第１スライダ１６１を−Ｙ、Ｙ方向に、第２スプリング１６４が第２スライダ１６２を−Ｘ、Ｘ方向に付勢し、第１、第２スライダ１６１、１６２を介して操作体１２０を原点位置Ｏに復帰させる。

静電容量検出ＩＣ２００は、絶縁基板１１０に連設されたフレキシブル基板（図２参照）上に実装されている。この静電容量検出ＩＣ２００は、図４に示すようにマクチプレクサ２１０（切替部に相当）、静電容量検出ロジック２２０（検出部に相当）、コントロールロジック２３０（制御部に相当）、発振器２４０、メモリ２５０及び通信インターファイス２６０を有した回路構成となっている。静電容量検出ＩＣ２００は、ホストコントローラＨＣからＶｄｄライン、ＧＮＤラインを通じて電源供給され、通信ラインＬ１、Ｌ２を通じてホストコントローラＨＣとの間で相互に通信可能になっている。

マルチプレクサ２１０は、方向検出電極１４１〜１４４ａ及び移動検出電極１４０ｂに接続された検出ラインＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３、ＤＬ４、ＤＬ５を入力とする信号選択回路部である。このマルチプレクサ２１０は、選択信号Ｓ１にしたがって方向検出電極１４１〜１４４ａ及び移動検出電極１４０ｂのうちの一の検出電極を選択して検出ラインＤＬとして静電容量検出ロジック２２０に出力する一方、選択信号Ｓ０にしたがって方向検出電極１４１〜１４４ａ及び移動検出電極１４０ｂをＧＮＤに接続するようになっている。選択信号Ｓ１、Ｓ０についてはコントロールロジック２３０からマルチプレクサ２１０に入力されている。なお、マルチプレクサ２１０は、検出ラインＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３、ＤＬ４、ＤＬ５を選択することで、方向検出電極１４１〜１４４ａ及び移動検出電極１４０ｂを選択している。

静電容量検出ロジック２２０は、検出ラインＤＬに流れる電流の大きさに基づいてマルチプレクサ２１０により選択された検出電極と金属体１３０との間の静電容量の大きさを演算により求める静電容量検出回路部であって、その演算結果を信号としてコントロールロジック２３０に出力している。

例えば、マルチプレクサ２１０により検出ラインＤＬ１が選択されると、検出ラインＤＬ１を通じて方向検出電極１４１ａに所定電圧が動作期間ＴＡだけ印加される。この際に検出ラインＤＬ１に流れる電流の大きさが静電容量検出ロジック２２０により方向検出電極１４１ａと金属体１３０との間の静電容量の大きさに変換され、このデータがコントロールロジック２３０に出力される。このとき、選択されなかった検出ラインＤＬ２〜ＤＬ５はＧＮＤに接続される。これにより、選択された検出ラインＤＬ１に接続された方向検出電極１４１ａの近傍に電気的に浮いた検出電極が存在しなくなるので、図５に示すように金属体１３０を介して方向検出電極１４１ａとＧＮＤ（選択されなかった方向検出電極１４２ａ〜１４４ａ、移動検出電極１４０ｂ及びＧＮＤ電極１５０）との間に電位差が生じる。このため、金属体１３０と方向検出電極１４１ａとの間により大きな静電容量が得られる。なお、金属体１３０と方向検出電極１４１ａとの間に生じる静電容量Ｃ１と、金属体１３０とＧＮＤとの間に生じる静電容量Ｃ２とは、直列に配置されているとみなされるので、合成容量Ｃは下記の数式１の通りとなる。Ｃ１、Ｃ２は、方向検出電極１４１ａ、ＧＮＤと金属体１３０との対向面積に比例する。

マルチプレクサ２１０により検出ラインＤＬ２〜ＤＬ４が選択され出力された場合も全く同様の動作となる。また、マルチプレクサ２１０により検出ラインＤＬ５が選択されると、検出ラインＤＬ５を通じて移動検出電極１４０ｂに所定電圧が動作期間ＴＡだけ印加される。この際に検出ラインＤＬ５に流れる電流の大きさが静電容量検出ロジック２２０により移動検出電極１４０ｂと金属体１３０との間の静電容量の大きさに変換され、このデータがコントロールロジック２３０に出力される。

コントロールロジック２３０については、ＣＰＵ(Central Processing Unit)を主構成とした制御回路部であって、マルチプレクサ２１０、静電容量検出ロジック２２０及び通信インターフェイス２６０等を制御しつつ操作体１２０の移動の有無／移動方向を検出し、これらの検出結果をホストコントローラＨＣに出力している。その制御プログラムは、メモリ２５０に予め記録されている。基本クロックは発振器２４０により生成されている。コントロールロジック２３０の入出力ポートにはホストコントローラＨＣとの間で相互にシリアル方式で通信するための通信インターフェイス２６０が接続されている。

コントロールロジック２３０は、スリープモードにおいて操作体１２０の移動の有無を間欠的に検出し、当該検出結果が操作体１２０の移動を示したときにはスリープモードを解除して動作モードに移行するとともに操作体１２０の移動方向を連続的に検出する。その後（動作モード移行後）、当該検出された操作体１２０の移動方向に一定期間変化が見られないときにはスリープモードから動作モードに移行させる機能を有している。このような機能を発揮させるための制御プログラムは図６に示す通りである。

まず、コントロールロジック２３０は、スリープモードにおいて、ソフトウエアタイマーに検出周期Ｔ_Ｓをセットし、検出周期Ｔ_Ｓ経過後に選択信号Ｓ１を出力して検出ラインＤＬ５をマルチプレクサ２１０により選択させ、この状態で静電容量検出ロジック２２０から出力された静電容量の大きさのデータ（移動検出電極１４０ｂと金属体１３０との間の静電容量の大きさ) を入力する。このデータがメモリ２５０上の所定の第１しきい値を下回るか否かを判定し、下回らないと判定したときは上記処理を繰り返し行なう（Ｓ１、Ｓ２）。

コントロールロジック２３０は、スリープモードにおいて、移動検出電極１４０ｂと金属体１３０との間の静電容量のデータが第１しきい値を下回ると判定したときは、操作体１２０の移動が検出されたとし、その検出結果をホストコントローラＨＣに出力した後、次のように選択信号Ｓ１、Ｓ０をマルチプレクサ２１０に出力してスリープモードを解除し動作モードに移行させる。

コントロールロジック２３０は、動作モード（Ｓ３）において、選択信号Ｓ１をマルチプレクサ２１０に出力してマルチプレクサ２１０に検出ラインＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３、ＤＬ４を順次的に選択させ静電容量検出ロジック２２０に順次的に接続させる一方、選択信号Ｓ０をマルチプレクサ２１０に出力して、選択信号Ｓ１にしたがって選択されなかった検出ラインＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３、ＤＬ４、ＤＬ５をマルチプレクサ２１０にＧＮＤに接続させる。例えば、選択信号Ｓ１にしたがって検出ラインＤＬ１が選択されたときには、選択信号Ｓ０にしたがって検出ラインＤＬ２、ＤＬ３、ＤＬ４、ＤＬ５がＧＮＤに接続される。選択信号Ｓ１にしたがって検出ラインＤＬ２が選択されたときには、選択信号Ｓ０にしたがって検出ラインＤＬ１、ＤＬ３、ＤＬ４、ＤＬ５がＧＮＤに接続される。

このとき、コントロールロジック２３０は、静電容量検出ロジック２２０から出力された静電容量の大きさを示すデータ（選択された検出電極１４１ａ〜１４４ａと金属体１３０との間の静電容量の大きさ）が順次的に入力される。その後、入力された静電容量の大きさがメモリ２５０上の所定の第２しきい値を超えたか否かを判定し、第２しきい値を超えた判定したときは、移動体１２０の移動方向に変化が検出されたとし、その検出結果をホストコントローラＨＣに出力する。例えば、検出ラインＤＬ１が選択された状態で静電容量の大きさが第２しきい値を超えたと判定したときは、図３（ｂ）に示すように操作体１２０のＹ方向の移動が検出されたとし、この検出結果をホストコントローラＨＣに出力する。検出ラインＤＬ２、ＤＬ３、ＤＬ４が選択された状態で静電容量のデータが第２しきい値を超えたと判定したときには、操作体１２０のＸ方向、−Ｙ方向、−Ｘ方向の各移動が検出されたとし、これらの検出結果をホストコントローラＨＣに各々出力する。

コントロールロジック２３０は、静電容量検出ロジック２２０から出力された静電容量の大きさが第２しきい値を超えないと判定したときは、操作体１２０の移動に変化が見られないとし、その期間である不変期間をカウントし、不変期間が所定期間を超えるまで動作モードの上記処理を繰り返し行う（Ｓ４）。

コントロールロジック２３０は、上記不変期間が所定期間を超えたと判定したときは、操作体１２０の移動方向に一定期間変化が見られないとして、動作モードを解除してスリープモードに移行させる。また、ホストコントローラＨＣから動作モード解除命令（外部指令）を受けたときも動作モードを強制的に解除してスリープモードに移行させる。その後は上記した通りのスリープモードの処理が行なわれる（Ｓ１、Ｓ２）。

なお、押下スイッチ１７０の接点信号がコントロールロジック２３０を通じてホストコントローラＨＣに出力されるようになっている。

上記構成のポインティングデバイスＰＤの動作は以下の通りとなる。

まず、スリープモード期間においては、操作体１２０の移動の有無の検出が検出周期Ｔ_Ｓ毎の間欠的に行なわれる。即ち、操作体１２０が操作されず依然として原点位置Ｏにあるときは、金属体１３０と移動検出電極１４０ｂとの間の静電容量の大きさに変化がなく、操作体１２０の移動がないとして検出されることから、スリープモードが続行される。その後、操作体１２０が操作され原点位置Ｏから外れると、金属体１３０と移動検出電極１４０ｂとの重なり面積が小さくなり、これに伴って、金属体１３０と移動検出電極１４０ｂとの間の静電容量が小さくなる。このときには操作体１２０の移動が有りとして検出されることから、スリープモードが解除となり動作モードに移行する。

動作モード期間においては、操作体１２０の移動方向が連続的に検出される。例えば、操作体１２０がＹ方向に操作されると、図３（ｂ）に示すように、金属体１３０が方向検出電極１４１ａ及びＧＮＤ電極１５０に略同時に平面的に重なると共に、方向検出電極１４２ａ、１４４ａ及び移動検出電極１４０ｂにも部分的に重なる。これにより、金属体１３０と方向検出電極１４１ａとの平面的な重なり面積が大きくなり、これに伴って、金属体１３０と方向検出電極１４１ａとの間の静電容量が大きくなる（図３参照）。このときには操作体１２０がＹ方向に移動したとして検出される。また、操作体１２０がＸ方向、−Ｙ方向、−Ｘ方向に各々操作されたときも全く同様であり、金属体１３０と方向検出電極１４２ａ、１４３ａ又は１４４ａとの間の各静電容量が大きくなり、操作体１２０がＸ方向、−Ｙ方向、−Ｘ方向に移動したとして各々検出される。

その後（動作モード移行後）、操作体１２０が操作されず、検出した操作体１２０の移動方向に所定期間変化が見られないとき又はホストコントローラＨＣから発せられた動作モード解除命令（外部指令）を受けたときは、いずれについても動作モードが解除されスリープモードに移行する。

ポインティングデバイスＰＤの消費電流の変化を図７に示している。図７は時間ｔ１、ｔ２にて操作体１２０の移動を検出されず、時間ｔ３にて操作体１２０の移動を検出され、時間ｔ４にて動作モードに移行して操作体１２０の移動方向が連続的に検出され、時間ｔ５にてスリープモードに移行した場合の一例を示している。

スリープモード期間における平均消費電流Ｉ_ＡＶＥについては数２に示す通りである。但し、Ｉ_Ａは移動検出電極１４０ｂ／方向検出電極１４１ａ〜１４４ａに電圧を印加して操作体１２０の移動の有無／移動方向を検出している期間での消費電流、Ｉ_Ｓは移動検出電極１４０ｂに電圧を印加しておらず操作体１２０の移動の有無を検出していない期間での消費電流である。

上記数２から明らかなように、動作期間Ｔ_Ａを短く設定することでスリープモード期間における平均消費電流Ｉ_ＡＶＥを一層小さくすることが可能となる。

上記したようにポインティングデバイスＰＤによる場合、１）操作体１２０の移動の有無を検出する移動検出電極１４０ｂを備えるようにした点、２）スリープモード期間において操作体１２０の移動の有無を間欠的に検出した点、３）動作モード期間において操作体１２０の移動方向を検出することが不要になった時点でスリープモードに移行する点で、スリープモード期間及び動作モード期間を含む全期間の平均消費電流が小さくなり、これに伴って低消費電力化を図ることが可能になった。また、操作体１２０の移動の有無の検出に要する時間が大幅に短縮されることになった。

しかも、金属体１３０の外縁部１３２が初期位置からＹ、Ｘ、−Ｙ及び−Ｘ方向に移動すると、外縁部１３２のＹ、Ｘ、−Ｙ及び−Ｘ方向側の部分が方向検出電極１４１ａ、１４２ａ、１４３ａ、１４４ａに、外縁部１３２の−Ｙ、−Ｘ、Ｙ及びＸ方向側の部分がＧＮＤ電極１５０に略同時に平面的に重なり、金属体１３０の外縁部１３２と方向検出電極１４１ａ、１４２ａ、１４３ａ、１４４ａとの間に静電容量が発生する。このとき、マルチプレクサ２１０が、選択信号Ｓ１に応じて方向検出電極１４１ａ〜１４４ａの一の方向検出電極を選択する一方、選択信号Ｓ１に応じて選択しなかった方向検出電極及び移動検出電極１４０ｂを、選択信号Ｓ０に応じてＧＮＤに接続するため、金属体１３０を介して選択された方向検出電極とＧＮＤ（選択されなかった方向検出電極及びＧＮＤ電極１５０）との間に電位差が生じ、選択された検出電極と金属体１３０との間の静電容量を大きくすることができる。よって、操作体１２０の移動の検出精度を向上させることができ、装置の高性能化を図ることができる。

さらに、絶縁層１８０によって移動検出電極１４０ｂ、方向検出電極１４１ａ〜１４４ａ、ＧＮＤ電極１５０及びスナッププレート１７１が保護されているので、機械的な強度が高くなると共に、金属体１３０と移動検出電極１４０ｂ又は方向検出電極１４１ａ〜１４４ａとの間の静電容量が大きくなり、これに伴って検出精度を向上させることが可能になった。また、スナッププレート１７１が絶縁層１８０に挟まれて固定されていることから、スナッププレート１７１の固定作業が容易になった。よって、ポインティングデバイスＰＤの高性能化及び低コスト化を図る上で大きな意義がある。

なお、本発明に係る多方向入力装置は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲において任意に設計変更することが可能である。以下、詳しく述べる。

上記実施の形態では、ベース部は絶縁基板１１０であるとしたが、少なくとも表面が絶縁処理され、第１、第２検出電極が設けられ得るものである限り任意に設計変更することが可能である。例えば、ベース部として、リジットな基板や内底面が絶縁処理されたハウジングの底部を用いることが可能である。

上記実施の形態では、操作部は、絶縁基板１１０に沿って平行移動するスライド式の操作体１２０であるとしたが、倒動式、揺動式等とすることが可能である。すなわち、上述した多方向入力装置は、静電容量式のものである限り、ポインティングデバイスだけの適用に止まらずジョイスティック等にも同様に適用可能である。また、上記実施の形態では、操作部は、押下操作可能であるとしたが、押下操作不可能な構成とすることも可能である。この場合、押下スイッチ１７０及びフランジ部１２１ａは不要である。また、操作部が原点位置Ｏのみで押下操作入力可能な構成とすることも可能である。この場合も、フランジ部１２１ａは不要である。なお、原点位置Ｏは、軸体部１２１の軸芯がカバー１９２の開口１９２の中心と一致する位置であるとしたが、これに限定されるものではなく、任意に設定することができる。

上記実施の形態では、可動金属部材は、内縁部１３１と外縁部１３２とを有するリング状の金属体１３０であるとしたが、初期位置で前記第２検出電極に対向配置され且つ操作部の移動に伴って移動可能な環状体である限り任意に設計変更することが可能である。但し、前記初期位置に位置した可動金属部材の外端と前記第１検出電極の内端との間の平面的な距離Ｒ１と、前記初期位置に位置した可動金属部材の内端と前記ＧＮＤ電極の外端との間の平面的な距離Ｒ２とが略同じである必要がある。また、上記実施の形態では、金属体１３０は、内縁部１３１が操作体１２０のスライダ１２２の取付部１２２ｂに埋設されているとしたが、連結機構を介して操作部に取り付けることができる。

上記実施の形態では、第１検出電極は、円弧状の方向検出電極１４１ａ〜１４４ａであるとしたが、ベース部の面上に環状に周方向に間隔を開けて配設されていればよく、その形状及び個数については任意に設計変更することが可能である。例えば、第１検出電極をベース部の面上に多角形状に並べて配設しても良い。上記実施の形態では、第２検出電極は、円環状の移動検出電極１４０ｂであるとしたが、前記ベース部の面上の前記第１検出電極の内側に当該第１検出手段と同心状に配設された環状の電極である限り任意に設計変更することが可能である。また、上記実施の形態では、ＧＮＤ電極は、円環状であるとしたが、前記ベース部の面上の前記第２検出電極の内側に当該第２検出電極と同心状に配設されている限り、その形状は任意に設計変更することが可能である。なお、本明細書における環状とは、円環状だけでなく、四角形等の多角形の環状を含む概念である。

検出手段については、可動金属部材と第１／第２検出電極との間の静電容量を直接に測定し、これらの測定結果を通じて操作部の移動方向／移動の有無を検出する構成とすることも可能である。

上記実施の形態では、切替部は、選択信号Ｓ１にしたがって方向検出電極１４１ａ〜１４４ａのうち一の方向検出電極を選択し、選択しなかった方向検出電極及び移動検出電極１４０ｂを選択信号Ｓ０にしたがってＧＮＤに接続するとしたが、切替部は前記第１、第２検出電極から一の検出電極を選択する又は前記第１及び第２検出電極のいずれか一方を選択するようになっていれば良い。後者の場合、前記切替部は、スリープモード時に第２検出電極を、動作モード時に全第１検出電極を選択するようになっており、検出手段は可動金属部材と複数の第１検出電極との間の静電容量を複数の測定回路で同時に測定する構成とすると良い。

ＰＤ ポインティングデバイス（多方向入力装置）
１００ 入力部
１１０ 絶縁基板（ベース部）
１２０ 操作体（操作部）
１３０ 金属体（可動金属部材）
１４１ａ〜１４４ａ 方向検出電極（第１検出電極）
１４０ｂ 移動検出電極（第２検出電極）
１５０ ＧＮＤ電極
１６０ 原点復帰機構
１７０ 押下スイッチ
１７１ ステッププレート
１７２、１７３ 接点電極
１８０ 絶縁層
１９０ ケース
２００ 静電容量検出ＩＣ（検出手段）
２１０ マルチプレクサ（切替部）
２２０ 静電容量検出ロジック（検出部）
２３０ コントロールロジック（制御部）
２４０ 発振器
２５０ メモリ
２６０ 通信インターフェイス
ＨＣ ホストコントローラ

Claims (8)

1. ベース部と、
   このベース部の面上に環状に周方向に間隔を開けて配設された複数の第１検出電極と、
   前記ベース部の面上の前記第１検出電極の内側に当該第１検出手段と同心状に配設された環状の第２検出電極と、
   前記ベース部の面上の前記第２検出電極の内側に当該第２検出電極と同心状に配設されたＧＮＤ電極と、
   前記ベース部に対向配置されており且つ所定の原点位置から多方向に移動可能な操作部と、
   前記第２検出電極に対向する初期位置から前記操作部の移動に伴って移動可能な環状の可動金属部材と、
   前記可動金属部材と前記第２検出電極との間の静電容量の測定を通じて前記操作部の移動の有無を検出する一方、前記可動金属部材と前記第１検出電極との間の静電容量の各測定を通じて前記操作部の移動方向を検出する検出手段とを備えており、
   前記初期位置に位置した可動金属部材の外端と前記第１検出電極の内端との間の平面的な距離Ｒ１と、前記初期位置に位置した可動金属部材の内端と前記ＧＮＤ電極の外端との間の平面的な距離Ｒ２とが略同じである多方向入力装置。
2. 請求項１記載の多方向入力装置において、
   前記検出手段は、前記第１、第２検出電極から一の検出電極を選択する切替部と、
   この切替部により選択された検出電極と前記可動金属部材との間の静電容量の大きさを検出する検出部と、
   前記操作部の移動の有無を検出するスリープモードと、前記操作部の移動方向を検出する動作モードとを前記切替部を制御して切り替える制御部とを備え、
   前記制御部は、前記第２検出電極が選択されるように前記切替部を制御してスリープモードとし、この状態で前記検出部の出力に基づいて前記操作部の移動の有無を検出し、その後、前記操作部の移動が検出されると、前記第１検出電極が順次的に選択されるように前記切替部を制御してスリープモードから動作モードに切り替え、この状態で前記検出部の出力に基づいて前記操作部の移動方向を検出し、その後、前記操作部の移動方向に一定期間変化が見られないときには、前記第２検出電極が選択されるように前記切替部を制御して動作モードをスリープモードに切り替える多方向入力装置。
3. 請求項１記載の多方向入力装置において、
   前記検出手段は、前記第１及び第２検出電極のいずれか一方を選択する切替部と、
   この切替部により選択された検出電極と前記可動金属部材との間の静電容量の大きさを検出する検出部と、
   前記操作部の移動の有無を検出するスリープモードと、前記操作部の移動方向を検出する動作モードとを前記切替部を制御して切り替える制御部とを備え、
   前記制御部は、前記第２検出電極が選択されるように前記切替部を制御してスリープモードとし、この状態で前記検出部の出力に基づいて前記操作部の移動の有無を検出し、その後、前記操作部の移動が検出されると、前記第１検出電極が選択されるように前記切替部を制御してスリープモードから動作モードに切り替え、この状態で前記検出部の出力に基づいて前記操作部の移動方向を検出し、その後、前記操作部の移動方向に一定期間変化が見られないときには、前記第２検出電極が選択されるように前記切替部を制御して動作モードをスリープモードに切り替える多方向入力装置。
4. 請求項２又は３記載の多方向入力装置において、
   前記切替部が、選択した検出電極を前記検出部に、選択しなかった検出電極をGNDに接続するようになっている多方向入力装置。
5. 請求項２乃至４の何れかに記載の多方向入力装置において、
   前記検出手段は、動作モード時に外部指令を受けると、第２検出電極が選択されるように前記切替部を制御しスリープモードに切り替えるようになっている多方向入力装置。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の多方向入力装置において、
   前記ベース部の面上に少なくとも第１、第２検出電極の付近を覆うように設けられ且つ外表面に前記可動金属部材の一部が接する絶縁層を更に備えた多方向入力装置。
7. 請求項６記載の多方向入力装置において、
   前記操作部の押下を検出する押下スイッチを更に備え、
   前記押下スイッチは、前記ベース部と前記絶縁層とに挟まれて固定され且つ前記操作部の押下により反転動作するドーム状のスナッププレートと、
   前記ベース部の面上に配設され且つ前記スナッププレートの反転により閉成される接点電極とを有した多方向入力装置。
8. 請求項７記載の多方向入力装置において、
   前記操作部は、原点位置で前記押下スイッチに対向する端部を有する軸体部と、この軸体部の前記端部の外周面に設けられた環状のフランジ部とを有する多方向入力装置。

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