JP3880652B2 - Capacitance type analog switch and operation device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押下量に応じて静電容量が変化する静電容量型アナログスイッチ、および例えばコンピュータやその他の機器に対し操作量を入力する静電容量型アナログスイッチを備えた操作装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、静電容量型スイッチが提案されており(実公平3−17376号公報参照)、その静電容量型スイッチを、コンピュータへの情報入力用キーボードに使用することが提案されている。
図10は、上記従来の静電容量型アナログスイッチの概略構成図である。
【0003】
基板1上に、この例では2つの固定電極、すなわちドライブ側固定電極2aとセンス側固定電極2bが形成されている。これらの固定電極2a,2bの上には誘電膜3が配置され、さらにその上には、渦巻状のコイルバネからなる可動電極4が配置されている。
ここで、この可動電極4が図10の上から押下されると、固定電極2a,2bと可動電極4との間の静電容量が変化する。
【0004】
図11は、静電容量型スイッチの押下のストロークに対する静電容量の変化例を示すグラフである。
図11に示すように押下ストロークに応じて静電容量が変化することから、この静電容量を検出することにより可動電極4の押下の程度、すなわちこの静電容量型スイッチのストローク位置を知ることができる。
【0005】
この静電容量型スイッチの静電容量を測定するには、ドライブ側固定極2aに所定の交流電圧信号を入力し、そのドライブ側固定電極2aと可動電極4との間の容量、およびその容量と等価的に直列に接続された容量である、可動電極4とセンス側固定電極2bとの間の容量を経由してセンス側固定電極2bにあらわれる信号を検出することによりその静電容量型スイッチの静電容量を検出することができる。
【0006】
図12は、図10に示す構造の静電容量型スイッチの静電容量の測定回路を示す回路図である。
ドライバ31は、所定の周波数の信号を発生し、アナログマルチプレクサ32に入力する。このアナログマルチプレクサ32は、マイクロコンピュータ36の指令を受けて、ドライバ31から入力された信号が、一時には複数の静電容量型スイッチ33のうちのいずれか1つの静電容量型スイッチに入力されるように、切り換わり、これにより、複数の静電容量型スイッチ33が順次走査される。信号が入力された静電容量型スイッチ33を経由した信号は、増幅器34で適切に増幅され、A/D変換器35でディジタル信号に変換されてマイクロコンピュータ36に入力される。マイクロコンピュータ36は、入力されたディジタル信号の大きさが例えば図11に示すしきい値Thより大きいか小さいかを判断してオン/オフに二値化することによりその静電容量型スイッチが操作されたか否かの二値信号を生成してホストコンピュータに送る。
【0007】
例えばこのようにして、静電容量型スイッチの操作が検出される。
図10に示す静電容量型スイッチは、2つの固定電極2a,2bを備えていることから、多数の静電容量型スイッチを配置する場合は、それら多数の静電容量型スイッチを縦横に二次元的に配列し、例えば縦方向については、縦方向に並ぶ複数の静電容量型スイッチのドライブ側固定電極2aどうしを接続し、横方向については、横方向に並ぶ複数の静電容量型スイッチのセンス側固定電極2bどうしを接続し、ドライブ側の線とセンス側の線を選択することにより静電容量型スイッチを特定してその特定した静電容量型スイッチの容量を測定してもよい。ただし、原理上は、固定電極は1つであってその固定電極と可動電極との間を通過する信号を検出してそれらの電極のうちの静電容量を検出してもよい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構造の静電容量型アナログスイッチは、渦巻状のコイルバネに問題の原因が内在しており、この渦巻状コイルバネの組み付け作業に時間がかかりコストアップの原因となる。また、この渦巻状のコイルバネに不具合があったときにこの渦巻状コイルバネを交換するのも非常に困難である。この渦巻状コイルバネは金属製であるために固く、固定電極上の誘電膜の摩耗を防ぐためにその材料や膜の製法に考慮を払う必要があってこの点もコスト上不利である。さらに、この静電容量型アナログスイッチを、例えばいわゆるジョイスティック型の操作子に適用した場合、渦巻状のコルバネが斜めに押下されるおそれがあり、斜めに押下されると押下のストローク量に対する静電容量の変化量が大幅に異なってしまうという問題が発生するため、斜めに押下されるのを防止するための、例えばガイドやステム等を必要とし、この静電容量型アナログスイッチ単体のみならず、この静電容量型アナログスイッチを採用した装置等についてもコストアップとなる。また、このような斜め押し防止対策としてガイドやステム等を備える必要があるため、その分スイッチの高さが高くなり、操作装置全体が大型化ないし厚みが増してしまうという問題もある。
【0009】
さらに、渦巻状コイルバネの製造ばらつき、組み付けのばらつきにより、ストローク量と静電容量の変化量が一定せず、アナログスイッチとして使用するには調整等が必要でありこの点もコストアップ要因となっていた。
本発明は、上記事情に鑑み、従来よりも量産性に富み、かつ信頼性の高い静電容量型アナログスイッチ、およびその静電容量型アナログスイッチを用いストローク量を高精度に検出することのできる操作装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の静電容量型アナログスイッチは、固定電極と、その固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有しその凸形状部分の先端が上記誘電膜を挟んで固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて誘電膜への接触面積が変化しその接触面積に応じて固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを備えたことを特徴とする。
【0011】
ここで、「ゴム状弾性体」とは、その材料自身が伸縮自在な弾性体をいい、ゴムに限らず、伸縮自在な樹脂、エラストマ、スポンジ等を含む概念である。
上記本発明の静電容量型アナログスイッチにおいて、上記固定電極が所定の基板上に固定されたものであって、上記ゴム状弾性体が、上記凸形状部分と基板との間に延在してその基板に対し凸形状部分を支えるとともに押圧時に押圧の程度に応じて変形する支持部分を有することが好ましい。
【0012】
上記本発明の静電容量型アナログスイッチは、前述した従来例における渦巻状コイルバネに代え、上記のゴム状弾性体を備えたため、以下の作用効果を有する。
(1)非押下時に凸形状部分の先端が誘電膜から離れて位置するよう配置することにより、非押下時の静電容量値を0にすることができ、したがって押下時の静電容量値の差を大きくとることができ、ストロークに対する静電容量値の変化量(傾き)を向上させることができる。
(2)組み付け誤差が少なく、また簡単に組み付けができる。また、交換も容易である。
(3)ゴム状弾性体であるため、固定電極上の誘電膜の摩耗は皆無に近く、誘電膜材料の選定の幅が大きく広がり安価なかつ安定性の高い材料を採用することができる。
(4)斜めからの押下でも、安定した静電容量特性を得ることができ、操作装置側に斜め押下防止用の部材が不要となる。
(5)このためストローク量を必要以上に大きくする必要がなく、厚さの薄い静電容量型アナログスイッチを用い厚さの薄い操作装置、例えばゲーム機用コントローラが製造可能となる。
【0013】
図1は、本発明の第1の操作装置の基本ブロック図である。本発明の第1の操作装置は、
(1)固定電極と、その固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有しその凸形状部分の先端が誘電膜を挟んで固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて誘電膜への接触面積が変化しその接触面積に応じて固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを備えた静電容量型アナログスイッチ50
(2)静電容量型アナログスイッチ50の容量を検出する検出手段51
(3)静電容量型アナログスイッチ50が押下されていないときと押下されたときの容量値を記憶し、検出手段51により検出された静電容量型アナログスイッチ50の容量値と記憶された容量値とに基づいて、静電容量型アナログスイッチ50の現在のストローク位置を求める補正手段52
を備えたことを特徴とする。
【0014】
本発明の第1の操作装置は、上記補正手段52を備えているため、ストロークに対する容量にばらつきが存在していても、微妙な調整は不要であって、かつ高精度でそのストロークを検出することができる。
また、本発明の第1の操作装置は上記補正手段52を備えているため、ストローク位置を正確に求めることができ、したがって、本発明の第1の操作装置を、その静電容量型スイッチ50が強く押されたか弱く押されたかという、いわゆるタッチレスポンスに応用することができる。
【0015】
この場合、本発明の第1の操作装置において、静電容量型アナログスイッチ50が操作されたときの、その静電容量型アナログスイッチ50が所定の第1のストローク位置を通過した時刻から所定の第2のストローク位置を通過する時刻までの時間を計測する計時手段53が備えられる。
この計時手段53で上記の時間を計測することにより、強く押されたか弱く押されたかという操作の強さが検知される。
【0016】
また、本発明の第2の操作装置は、固定電極と、その固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有しその凸形状部分の先端が誘電膜を挟んで固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて該誘電膜への接触面積が変化しその接触面積に応じて固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを備えた静電容量型アナログスイッチが少なくとも3個円状に配置されるとともに、これらの静電容量型アナログスイッチを覆い、これらの静電容量型アナログスイッチが配列された円の中心を軸としていずれの方向にも傾斜してこれらの静電容量型アナログスイッチのうちの一部の静電容量型アナログスイッチを押下する操作板とを備えたことを特徴とする。
【0017】
この第2の操作装置は、従来のマウス、ジョイスティック、トラックボール等と同様な二次元的な操作量を入力することができる。この第2の操作装置は、その用途が限定されるものではないが、特に、ゲーム機用コントローラに好適に組み込むことができる。さらに、本発明の第3の操作装置は、一端側が基体に軸支されその基体に接離する方向に回動自在な鍵、その鍵を基体から離間させる方向に付勢するバネ部材、および鍵の押下により押下される、固定電極と、その固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有しその凸形状部分の先端が誘電膜を挟んで固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて誘電膜への接触面積が変化しその接触面積に応じて固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを有する静電容量型アナログスイッチを備えたことを特徴とする。
【0018】
電子楽器などに組み込まれ、ないし電子楽器などに接続される鍵盤装置には、鍵の押下の速度を検出するスイッチが備えられている。本発明の第3の操作装置によれば、静電容量型スイッチを用いてその鍵の押下位置、押下速度を検出することができる。
尚、上記第2の操作装置、第3の操作装置は、機構的な構造を規定したものであるが、それら第2の操作装置、第3の操作装置は、それらの機構的な構造に加え、
上記静電容量型アナログスイッチの容量を検出する検出手段、および上記静電容量型アナログスイッチが押下されていないときと押下されたときの容量値を記憶し、上記検出手段により検出された上記静電容量型アナログスイッチの容量値と記憶された容量値とに基づいて、上記静電容量型アナログスイッチの現在のストローク位置を求める補正手段を備えたものであってもよい。
【0019】
本発明の第2ないし第3の操作装置において上記補正手段を備えた場合、本発明の第1の操作装置と同様、ストローク位置を正確に求めることができるため、本発明の第2ないし第3の操作装置を、その静電容量型スイッチが強く押されたか弱く押されたかという、いわゆるタッチレスポンスに応用することができる。この場合、本発明の第1の操作装置と同様、本発明の第2ないし第3の操作装置において、静電容量型アナログスイッチが操作されたときの、その静電容量型アナログスイッチが所定の第1のストローク位置を通過した時刻から所定の第2のストローク位置を通過する時刻までの時間を計測する計時手段が備えられる。
【0020】
この計時手段で上記の時間を計測することにより、強く押されたか弱く押されたかという操作の強さが検知され、例えばこの操作装置を電子楽器の鍵盤装置に用いた場合に発音する楽音の音量を制御することができ、あるいは、この操作装置をゲーム機に用いた場合に画面上のアニメーションの動きの速さ等を制御することができる。強く押されたか弱く押されたかという二値のみでよい場合は、上記の計測された時間を二値化処理すればよい。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図2,図3は、本発明の静電容量型アナログスイッチの一実施形態のそれぞれ押下前、押下後の状態を表す概略模式図である。図10に示す従来の静電容量型アナログスイッチの構成部品と同じ構成部品には、多少の形状等の相違があっても同一の符号を付して示し、相違点について説明する。
【0022】
ここには、固定電極2a,2bと、固定電極の2a,2bを覆う誘電膜3と、ゴム弾性体41が示されている。このゴム状弾性体41は、図10に示す従来例における渦巻状コイルバネに代わるものであり、凸形状部分41aと支持部分41bとからなる。凸形状部分41aは、その凸形状の先端が誘電膜3を挟んで固定電極2a,2bと対向するように配置されるとともに、非押下時の静電容量を0にするために、その先端は、誘電膜3から僅かに離れた位置に配置されている。このゴム弾性体41は、少なくともその凸形状部分41aの先端の部分が導電性をもつように、導電性ゴムで形成され、あるいは、その少なくとも先端の部分に導電性材料のものが塗布されている。
【0023】
また、支持部分41bは、凸形状部分41aと基板1との間に延在し、基板1に対しその凸形状部分41aを上記の所定位置に支持する役割りをなすとともに、押下時には図3に示すように変形してその凸形状部分がその押下ストロークと比例する量だけ誘電膜3と接するように適度な弾力を有している。
この凸形状部分41aはその先端の部分が半球形であり、多少斜めに押下されても押下のストロークに対する、誘電膜3への接触面積はほぼ一定に保たれ、したがって斜め押下による誤差は極めて小さい。また支持部材41bの高さをあらかじめ調整された高さにしておくことにより、非押下時に凸形状部分41aの先端を誘電膜3から僅かに離れた位置に配置することができ、非押下時の静電容量を0にすることができる。
【0024】
また、この高さの低いゴム状弾性体も容易に製作可能であり、ストロークを大きくとる必要のない用途の場合、高さの低い静電容量型アナログスイッチが構成される。
さらにこのゴム状弾性体41は単にその位置に配置すればよく、微妙な調整は不要であり、組立性、交換性に優れている。
【0025】
次に本発明の操作装置の実施形態について説明する。尚、以下の実施形態の説明では、再度、前述した図12を参照して説明する。
図2,図3に示す静電容量型スイッチにおいて、押下に伴って形成される、ゴム状弾性体41と固定電極2a,2bとの間の静電容量は、その静電容量型スイッチ毎に押下のストロークに対する、形成される静電容量の値が異なっている。また、押下前の段階における、ゴム状弾性体41と誘電膜3との間隔もその静電容量型スイッチ毎に僅かに異なっている。
【0026】
この静電容量型スイッチの静電容量は、図12を参照して説明したように、複数の静電容量型スイッチ33にわたって順次、循環的にセンスされマイクロコンピュータにそのデータが取り込まれる(以下、これを「静電容量型スイッチを繰り返しスキャニングする」と称する)。
静電容量型スイッチには、上記のようなばらつきが存在するため、マイクロコンピュータ36では以下のようにしてそのデータの補正を行う。
【0027】
(最小容量の決定)
マイクロコンピュータ36の内部には、各静電容量型スイッチ33のそれぞれに対応してその静電容量型スイッチ33の最小容量、すなわちその静電容量型スイッチが押される前の容量を記憶しておくバッファ(バッファAと名づける)が用意されており、図12に示す回路への電源投入時に動作するプログラムにより、そのバッファAに所定の最大容量を表す値が格納される。その後、静電容量型スイッチのスキャニングが開始されるが、一回のスキャニング毎に現在センスした値とバッファAに格納されている値とを比較し、現在センスした値の方が小さかった場合バッファAの値を‘1’だけ減算する(静電容量の値の低下を表わす)。こうすることにより、電源投入後使用開始前の、人間の感覚にとってはほぼ瞬時の間に多数回繰り返すスキャニングにより、バッファAに格納された値は各静電容量型スイッチ毎の押下前の各静電容量を示すものとなる。
【0028】
ただし、静電容量型スイッチの押下前の静電容量が電源変動やノイズ等により実際の値よりも低めに検出されてしまいその低めの値がバッファAに格納されたままにとどまるのを避けるために、スキャニングの時間と比べかなり長い周期でバッファAの値が‘+1’される。この‘+1’された後のスキャニングで、バッファAに格納されている値よりも現在センスした値の方が小さかった場合、バッファAの値が再度、‘−1’される。
【0029】
このようにして電源が切られる迄の間、ダイナミックに各静電容量型スイッチ毎の最小容量が定められる。
(最大容量の決定)
マイクロコンピュータ36の内部には、上述したバッファAに加え、各静電容量型スイッチ33のそれぞれに対応して、その静電容量型スイッチ33の最大容量、すなわちその静電容量型スイッチの最大押下時の静電容量を記憶しておくバッファ(バッファBと名づける)も用意されており、電源投入時には、静電容量型スイッチがばらついても最大押下時には、必ずその静電容量値までは確保されるという値が格納される。その最大押下時において静電容量がその静電容量値まで上昇しない静電容量型スイッチは、例えば出荷検査時に不良品と見なされる。
【0030】
この最大容量は、使用前には補正することはできないが、スキャニングの際にバッファBの値よりも大きな値がセンスされる都度、その大きな値がバッファBの内容が更新される。
このとき、信頼性を高めるため、複数回のスキャニングで大きな値がセンスされたことをもってバッファBの内容を更新するようにしてもよい。
【0031】
上記のようにして最小容量、最大容量がダイナミックに更新される。
実際の使用時には、現在センスされたある静電容量型センサの容量値を、バッファA,バッファBに格納された、その静電容量型スイッチの最小容量、最大容量に基づいて補正をして、正しい値、すなわちその静電容量型スイッチの現在の押下のストロークが求められる。このようにして求められたストロークデータを、二値化せずにホストコンピュータに送り、ホストコンピュータ側で処理することにより、種々の応用が可能となる。
【0032】
図4は、その応用の1つであるタッチレスポンスの説明図である。
上記のようにして、最小容量、最大容量をそれぞれバッファA,バッファBに格納し、それらのバッファA,Bに格納された最小容量,最大容量を用いてその静電容量型スイッチの正確なストロークが求められ、その静電容量型スイッチを押したときの実際のストロークと求められたストロークが高精度に一致することになる。
【0033】
そこで、ストロークのしきい値を2つ、すなわちストロークAとストロークBを設定しておき、その静電容量型スイッチを押したときの、ストロークAを通過した時刻に計時を開始し、ストロークBに達する迄の時間を計測する計時手段を備える。このようにして計測された時間は、直接的にはその静電容量型スイッチを押す速さを測定していることになるが、人間の感覚上は、その静電容量型スイッチを押す強さ(いわゆるタッチレスポンス)に対応している。このようにして計測された時間は、この静電容量型スイッチの用途に応じて、この静電容量型スイッチを、例えば電子楽器の鍵盤装置に用いたときは、鍵を押す強さ(速さ)を、発音する楽音の音量に反映させたり、あるいは、この静電容量型スイッチを、例えばゲーム機用コントローラに用いたときは、その静電容量型スイッチを押す強さ(速さ)を、例えばテレビ画面上のアニメーションの動きの速さに反映させたりすることができる。この計時手段は、ホストコンピュータ側に備えていてもよく、あるいは、図12に示す、この静電容量型スイッチ側に組み込まれたマイクロコンピュータ36に備えて(すなわちそのマイクロコンピュータ36で動作するプログラムで計時して)、その計時結果をホストコンピュータ側に送ってもよい。
【0034】
図5は、図2,図3に示す静電容量型スイッチを組み込んだ操作装置の一実施形態を示す模式断面図、図6は、図2,図3に示す静電容量型スイッチとは異なる実施形態としての静電容量型スイッチを組み込んだ操作装置の実施形態を示す模式断面図である。
図5に示す操作装置は、図2,図3に示す、凸形状部分41aと支持部分41bを有するゴム状弾性体41を備えた静電容量型スイッチが操作板60の下に組み込まれた構造を有しており、操作板60の押下量に応じて静電容量型スイッチの静電容量が変化する。
【0035】
図6に示す操作装置を構成する静電容量型スイッチのゴム状弾性体42には、図5に示す静電容量型スイッチのゴム状弾性体41の支持部分41bに相当する部分は存在せず、図5に示すゴム状弾性体41の凸形状部分41aのみに相当し、そのゴム状弾性体42が、操作板60の下面に、例えば接着、成形等により固着されている。このように、本発明の静電容量型スイッチのゴム状弾性体には支持部分は必ずしも必要ではない。
【0036】
図6に示す操作装置において、操作板60の押下量に応じて静電容量型スイッチの静電容量が変化する点は、図5に示す操作装置と同様である。
図7は、静電容量型スイッチを備えたゲーム機用コントローラの模式図、図8は、その一部分の説明図である。
図に示すゲーム機用コントローラ10には、それぞれ単独の操作が可能な4つの静電容量型スイッチ11a,11b,11c,11dと、円板上の操作板12が備えられている。この操作板12は、その中心点0から周辺側に離れたところを押すことによって、その中心点0を中心としてその押した側に傾くように構成されている。
【0037】
この操作板12の下には、図8に示すように、ここに示す例では、4つの静電容量型スイッチ13a,13b,13c,13dが円状に並ぶように配列されており、操作板12が押されると、その押された方向に応じて、それら4つの静電容量型スイッチ13a,13b,13c,13dのうちの押された側に配置された1つもしくは2つの静電容量型スイッチが押し下げられる。どの1つの静電容量型スイッチが押されるか、あるいはどの2つの静電容量型スイッチがそれぞれどの程度押されるかをセンスすることによって操作板12がどの方向に傾けられたか、およびどの程度傾けられたかを知ることができる。
【0038】
従来の汎用のゲーム機用コントローラは、上述した各静電容量型スイッチ11a,11b,11c,11d;13a,13b,13c,13dに代わり単にそのスイッチが押されたか否かを二値的に検出するオン/オフのスイッチが備えられているが、これと比べ図7に示すゲーム機用コントローラ10の場合、上述した押下のストロークを正しく検知する補正手段と組み合わせることにより、ゲーム用ソフトに応じ、以下に例示するような複雑な動作をさせることができる。従来では二値的なオン/オフの操作のみであったため、例えば、自動車レースのゲームにおいて、自動車を加速させるかさせないかという二値的な操作しかできなかったのに対し、図7に示すゲーム機用コントローラ10では、ゆっくりと加速する、速く加速するといった加速の程度を操作者の思い通りに変えることができる。また、操作板12側については、従来では、ある1つのスイッチがオンされるかあるいは円周方向に隣接した2つのスイッチがオンされるかにより45°ずつの角度分解能であったが、図7に示す操作板12の場合、そのデータのとり方により例えば1°ずつ等極めて細かい角度分解能を得ることができ、その指示の方向を極めて精密にコントロールすることができ、さらにその操作板12の操作量に応じ、その方向についての‘操作の強さ’も入力することができる。
【0039】
従来、静電容量型スイッチではなく通常のオン/オフ接点のスイッチを備えた、図7に示す形状と同様の形状を有するゲーム機用コントローラで対応できないゲームの場合、そのゲーム機用コントローラとは別にそのゲームソフトに適合したコントローラが必要であったが、図7に示すゲーム機用コントローラ10によれば、従来よりも極めて広範なゲームに適合し、このゲーム機用コントローラ10以外のコントローラを別途用意する必要性はほとんど皆無となる。
【0040】
尚、操作板12および静電容量型スイッチ13a,13b,13c,13dの構成は、ゲーム機用コントローラに限らず、従来のマウス、トラックボール、ジョイステック等、画面上の方向等を指示する操作子に代わる操作子として構成してもよい。
図9は、電子楽器用の鍵盤を構成する一本の鍵の部分概略構成図である。
【0041】
鍵21の後端部21aがシャーシ22に軸支されており、鍵21の前端部21bがシャーシ22に近づく方向および遠ざかる方向に回動自在に構成されている。また、この鍵21の後端部21aとシャーシ22との間には引張ばね23が配置されており、鍵21は、シャーシ22から離れる方向に付勢されている。鍵21には、係止爪21cが形成されており、その係止爪21cがシャーシ22に係合することにより、鍵21の、シャーシ22から離れる方向への回動の上限が規制されている。また、鍵21には突起部21dが形成されており、鍵21がシャーシ22に近づく方向に押されると、その突起部21dがシャーシ22に当接し、これにより、鍵21の回動の下限が規制されている。
【0042】
また、シャーシ22上には静電容量型スイッチ24が備えられ、鍵21の、その静電容量型スイッチ24に対向する位置には、その静電容量型スイッチ24を押す押下部21eが形成されている。鍵21が押下されると、その押下のストロークに応じて、静電容量型スイッチ24の静電容量が変化し、その静電容量をセンスすることにより、鍵21の押下量を知ることができる。
【0043】
この静電容量型スイッチ24と、前述した押下のストロークを正しく求めるための補正手段とを組み合わせると、鍵の押下位置が正確に検知され、さらに、タッチレスポンスのための計時手段を備えると鍵の押下速度が正確に検知され、演奏者の微妙なニュアンスの表現力を向上させることができる。また、この静電容量型スイッチは、ストロークも取れ軽いタッチで押下することができるため、鍵の操作感を損うこともない。
【0044】
また、本発明の操作装置をオン/オフ操作用として使用した場合、例えばコンピュータ入力用のキーボードとして使用した場合も、押下ストロークが高精度に検知されることから、例えば押下したときにオンに変化するストローク位置と、押下した状態から離したときのオフに変化するストローク位置との間にヒステリシスをもたせることによりチャッタリングのない信頼性の高いキーボードが実現する。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電容量型アナログスイッチによれば、量産性に富み、かつ信頼性の高い静電容量型アナログスイッチを実現することができる。
また本発明の操作装置によれば、従来にない新規な操作装置が実現し、さらに、高信頼性の操作装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の操作装置の基本ブロック図である。
【図2】本発明の静電容量型アナログスイッチの一実施形態の、押下前の状態を表わす概略構成図である。
【図3】本発明の静電容量型アナログスイッチの一実施形態の、押下後の状態を表わす概略構成図である。
【図4】タッチレスポンスの説明図である。
【図5】図2,図3に示す静電容量型スイッチを組み込んだ操作装置の一実施形態を示す模式断面図である。
【図6】図2,図3に示す静電容量型スイッチとは異なる実施形態としての静電容量型スイッチを組み込んだ操作装置の実施形態を示す模式断面図である。
【図7】静電容量型スイッチを備えたゲーム機用コントローラの模式図である。
【図8】図7に示すゲーム機用コントローラの一部分の説明図である。
【図9】電子楽器用の鍵盤を構成する一本の鍵の部分概略構成図である。
【図10】従来の静電容量型スイッチの概略構成図である。
【図11】静電容量型スイッチの押下のストロークに対する静電容量の変化例を示すグラフである。
【図12】図10に示す構造の静電容量型スイッチの静電容量の測定回路を示す回路図である。
【符号の説明】
1 基板
2a ドライブ側固定電極
2b センス側固定電極
3 誘電膜
4 可動電極
10 ゲーム機用コントローラ
11a,11b,11c,11d,13a,13b,13c,13d,24,12 操作板
21 鍵
22 シャーシ
23 引張ばね
31 ドライバ
32 アナログマルチプレクサ
33 静電容量型スイッチ
34 増幅器
35 A/D変換器
36 マイクロコンピュータ
41,42 ゴム状弾性体
41a 凸形状部分
41b 支持部分
50 静電容量型アナログスイッチ
51 検出手段
52 補正手段
53 計時手段
60 操作板
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitance type analog switch whose capacitance changes according to the amount of pressing, and an operation device including a capacitance type analog switch for inputting an operation amount to, for example, a computer or other equipment.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a capacitive switch has been proposed (see Japanese Utility Model Publication No. 3-17376), and it has been proposed to use the capacitive switch as a keyboard for inputting information to a computer.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the conventional capacitance type analog switch.
[0003]
In this example, two fixed electrodes, that is, a drive side fixed electrode 2 a and a sense side fixed electrode 2 b are formed on the substrate 1. A dielectric film 3 is disposed on the fixed electrodes 2a and 2b, and a movable electrode 4 made of a spiral coil spring is disposed thereon.
Here, when the movable electrode 4 is pushed down from the top of FIG. 10, the capacitance between the fixed electrodes 2 a and 2 b and the movable electrode 4 changes.
[0004]
FIG. 11 is a graph showing an example of change in capacitance with respect to the stroke of pressing the capacitance type switch.
Since the capacitance changes according to the pressing stroke as shown in FIG. 11, the degree of pressing of the movable electrode 4, that is, the stroke position of the capacitance type switch is known by detecting the capacitance. Can do.
[0005]
In order to measure the capacitance of this capacitance type switch, a predetermined AC voltage signal is inputted to the drive side fixed pole 2a, the capacitance between the drive side fixed electrode 2a and the movable electrode 4, and the capacitance The capacitance type switch by detecting a signal appearing on the sense side fixed electrode 2b via the capacitance between the movable electrode 4 and the sense side fixed electrode 2b, which is a capacitor equivalently connected in series Can be detected.
[0006]
FIG. 12 is a circuit diagram showing a capacitance measurement circuit of the capacitance type switch having the structure shown in FIG.
The driver 31 generates a signal having a predetermined frequency and inputs the signal to the analog multiplexer 32. The analog multiplexer 32 receives a command from the microcomputer 36, and a signal input from the driver 31 is input to any one of the plurality of capacitance switches 33 at a time. Thus, the plurality of capacitance-type switches 33 are sequentially scanned. The signal that has passed through the capacitive switch 33 to which the signal has been input is appropriately amplified by the amplifier 34, converted into a digital signal by the A / D converter 35, and input to the microcomputer 36. The microcomputer 36 determines whether the magnitude of the input digital signal is larger or smaller than the threshold value Th shown in FIG. 11, for example, and binarizes it on / off to operate the capacitance type switch. A binary signal indicating whether or not it has been generated is generated and sent to the host computer.
[0007]
For example, the operation of the capacitive switch is detected in this way.
The capacitance type switch shown in FIG. 10 includes two fixed electrodes 2a and 2b. Therefore, when a large number of capacitance type switches are arranged, the large number of capacitance type switches are arranged vertically and horizontally. For example, in the vertical direction, the drive-side fixed electrodes 2a of a plurality of capacitive switches arranged in the vertical direction are connected to each other, and in the horizontal direction, the plurality of capacitive switches arranged in the horizontal direction. The sense-side fixed electrodes 2b are connected to each other, and a capacitance-type switch is identified by selecting a drive-side line and a sense-side line, and the capacitance of the identified capacitance-type switch may be measured. . However, in principle, there may be one fixed electrode, and a signal passing between the fixed electrode and the movable electrode may be detected to detect the capacitance among these electrodes.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the capacitance type analog switch having the above structure, the cause of the problem is inherent in the spiral coil spring, and it takes time to assemble the spiral coil spring, resulting in an increase in cost. It is also very difficult to replace the spiral coil spring when there is a problem with the spiral coil spring. This spiral coil spring is hard because it is made of metal, and it is necessary to pay attention to the material and the manufacturing method of the film in order to prevent wear of the dielectric film on the fixed electrode, which is also disadvantageous in terms of cost. Furthermore, when this capacitance type analog switch is applied to, for example, a so-called joystick-type operation element, there is a possibility that the spiral coll spring may be pushed obliquely. For example, a guide or a stem is required to prevent the capacitor from being pushed obliquely because the problem that the amount of change in capacitance greatly differs. Not only this capacitance type analog switch alone, The cost of an apparatus that employs this capacitance type analog switch is also increased. Moreover, since it is necessary to provide a guide, a stem, etc. as a countermeasure against such an oblique push, there is a problem that the height of the switch is increased correspondingly, and the entire operation device is increased in size or thickness.
[0009]
Furthermore, due to manufacturing variations and assembly variations of spiral coil springs, the amount of change in stroke and capacitance is not constant, and adjustment is necessary to use it as an analog switch, which also increases costs. It was.
In view of the above circumstances, the present invention is capable of detecting the stroke amount with high accuracy by using a capacitive analog switch that is more mass-productive than the prior art and has high reliability, and the capacitive analog switch. An object is to provide an operating device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The capacitance-type analog switch of the present invention that achieves the above object includes a fixed electrode, a dielectric film covering the fixed electrode, and at least a part thereof. The tip is hemispherical It has a convex part and is arranged so that the tip of the convex part faces the fixed electrode across the dielectric film, and the contact area to the dielectric film changes according to the degree of pressing, and according to the contact area And a rubber-like elastic body having a capacitance determined between the fixed electrode and the fixed electrode.
[0011]
Here, the “rubber-like elastic body” refers to an elastic body whose material itself is stretchable, and is a concept including not only rubber but also stretchable resin, elastomer, sponge and the like.
In the capacitance-type analog switch of the present invention, the fixed electrode is fixed on a predetermined substrate, and the rubber-like elastic body extends between the convex portion and the substrate. It is preferable to have a support portion that supports the convex portion with respect to the substrate and deforms depending on the degree of pressing when pressed.
[0012]
Since the capacitance type analog switch of the present invention includes the rubber-like elastic body described above instead of the spiral coil spring in the conventional example described above, it has the following functions and effects.
(1) By disposing the tip of the convex portion so as to be located away from the dielectric film when not pressed, the capacitance value when not pressed can be reduced to zero. The difference can be made large, and the change amount (slope) of the capacitance value with respect to the stroke can be improved.
(2) There are few assembling errors and can be easily assembled. Moreover, exchange is also easy.
(3) Since it is a rubber-like elastic body, there is almost no wear of the dielectric film on the fixed electrode, and the selection range of the dielectric film material is widened, so that an inexpensive and highly stable material can be adopted.
(4) A stable capacitance characteristic can be obtained even when pressed from an oblique direction, and a member for preventing the oblique depression is not required on the operating device side.
(5) Therefore, it is not necessary to increase the stroke amount more than necessary, and it is possible to manufacture a thin operation device, for example, a controller for a game machine, using a thin capacitive analog switch.
[0013]
FIG. 1 is a basic block diagram of a first operating device according to the present invention. The first operating device of the present invention comprises:
(1) a fixed electrode, a dielectric film covering the fixed electrode, and at least a part thereof The tip is hemispherical It has a convex part and is arranged so that the tip of the convex part faces the fixed electrode across the dielectric film, and the contact area to the dielectric film changes according to the degree of pressing and is fixed according to the contact area Capacitance type analog switch 50 provided with a rubber-like elastic body in which the capacitance between the electrodes is determined
(2) Detection means 51 for detecting the capacitance of the capacitance type analog switch 50
(3) The capacitance value when the capacitance analog switch 50 is not depressed and the capacitance value when the capacitance analog switch 50 is depressed are stored, and the capacitance value of the capacitance analog switch 50 detected by the detection means 51 and the stored capacitance Correction means 52 for determining the current stroke position of the capacitance type analog switch 50 based on the value.
It is provided with.
[0014]
Since the first operating device of the present invention is provided with the correcting means 52, even if there is a variation in the capacity with respect to the stroke, fine adjustment is not necessary and the stroke is detected with high accuracy. be able to.
In addition, since the first operating device of the present invention includes the correcting means 52, the stroke position can be accurately obtained. Therefore, the first operating device of the present invention is connected to the capacitance type switch 50. It can be applied to a so-called touch response of whether the button is pressed strongly or weakly.
[0015]
In this case, in the first operating device of the present invention, when the capacitance analog switch 50 is operated, the capacitance analog switch 50 passes through a predetermined first stroke position, and the predetermined time is reached. Time measuring means 53 for measuring the time until the time of passing through the second stroke position is provided.
By measuring the time by the time measuring means 53, the strength of the operation of whether the button is pressed hard or weakly is detected.
[0016]
Further, the second operating device of the present invention includes a fixed electrode, a dielectric film covering the fixed electrode, and at least a part thereof. The tip is hemispherical It has a convex part and is arranged so that the tip of the convex part is opposed to the fixed electrode across the dielectric film, and the contact area to the dielectric film changes according to the degree of pressing, and according to the contact area At least three electrostatic capacitance type analog switches each having a rubber-like elastic body that determines the electrostatic capacitance between the fixed electrode and the fixed electrode are arranged in a circle and covers these electrostatic capacitance type analog switches. An operation panel that tilts in any direction around the center of the circle in which the capacitance type analog switches are arranged and depresses some of the capacitance type analog switches. It is provided with.
[0017]
The second operation device can input a two-dimensional operation amount similar to that of a conventional mouse, joystick, trackball, or the like. Although the use of the second operating device is not limited, it can be suitably incorporated in a game machine controller. Furthermore, the third operating device of the present invention includes a key that is pivotally supported in a direction in which one end side is pivotally supported by the base body and is in contact with and away from the base body, a spring member that biases the key in a direction away from the base body, A fixed electrode, a dielectric film covering the fixed electrode, and at least partly pressed by pressing The tip is hemispherical It has a convex part and is arranged so that the tip of the convex part faces the fixed electrode across the dielectric film, and the contact area to the dielectric film changes according to the degree of pressing and is fixed according to the contact area A capacitance type analog switch having a rubber-like elastic body in which capacitance between the electrodes is determined is provided.
[0018]
A keyboard device incorporated in an electronic musical instrument or connected to an electronic musical instrument or the like is provided with a switch for detecting a key pressing speed. According to the third operating device of the present invention, it is possible to detect the pressing position and the pressing speed of the key using the capacitance type switch.
The second operating device and the third operating device define the mechanical structure. However, the second operating device and the third operating device are added to the mechanical structure. ,
Detecting means for detecting a capacitance of the capacitance analog switch; and storing a capacitance value when the capacitance analog switch is not pressed and when the capacitance analog switch is pressed, and detecting the static detected by the detection means. There may be provided correction means for obtaining the current stroke position of the capacitance type analog switch based on the capacitance value of the capacitance type analog switch and the stored capacitance value.
[0019]
When the second to third operating devices of the present invention are provided with the correcting means, the stroke position can be accurately obtained as in the first operating device of the present invention, so the second to third of the present invention. This operation device can be applied to a so-called touch response in which the capacitance type switch is pressed strongly or weakly. In this case, similarly to the first operating device of the present invention, in the second to third operating devices of the present invention, when the capacitive analog switch is operated, Time measuring means for measuring the time from the time when the first stroke position is passed to the time when the predetermined second stroke position is passed is provided.
[0020]
By measuring the above time with this time measuring means, the strength of the operation of whether it is pressed hard or weakly is detected, for example, the volume of the musical sound that is pronounced when this operating device is used for a keyboard device of an electronic musical instrument Or, when this operating device is used in a game machine, the speed of animation movement on the screen can be controlled. If only a binary value indicating whether the button is pressed strongly or weakly is sufficient, the above-described measured time may be binarized.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
2 and 3 are schematic schematic views showing states before and after pressing, respectively, of one embodiment of the capacitance type analog switch of the present invention. The same components as those of the conventional capacitance type analog switch shown in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals even if there are some differences in shape, and the differences will be described.
[0022]
Here, fixed electrodes 2a and 2b, dielectric film 3 covering fixed electrodes 2a and 2b, and rubber elastic body 41 are shown. This rubber-like elastic body 41 replaces the spiral coil spring in the conventional example shown in FIG. 10, and includes a convex portion 41a and a support portion 41b. The convex portion 41a is arranged so that the convex tip thereof faces the fixed electrodes 2a and 2b with the dielectric film 3 interposed therebetween, and in order to reduce the capacitance when not pressed down, These are disposed at a position slightly away from the dielectric film 3. The rubber elastic body 41 is made of conductive rubber so that at least the tip portion of the convex portion 41a has conductivity, or a conductive material is applied to at least the tip portion. .
[0023]
Further, the support portion 41b extends between the convex portion 41a and the substrate 1, and plays a role of supporting the convex portion 41a with respect to the substrate 1 at the predetermined position. As shown in the figure, it has an appropriate elasticity so that the convex portion is in contact with the dielectric film 3 by an amount proportional to the pressing stroke.
The convex portion 41a has a hemispherical tip, and even if pressed slightly diagonally, the contact area with the dielectric film 3 with respect to the pressing stroke is kept almost constant, and therefore the error due to the diagonal pressing is extremely small. . Further, by setting the height of the support member 41b to a height adjusted in advance, the tip of the convex portion 41a can be disposed at a position slightly away from the dielectric film 3 when not pressed, The capacitance can be reduced to zero.
[0024]
In addition, a rubber-like elastic body having a low height can be easily manufactured, and a capacitive analog switch having a low height is configured for an application that does not require a large stroke.
Further, the rubber-like elastic body 41 is simply disposed at that position, and fine adjustment is not required, and the assembly and exchangeability are excellent.
[0025]
Next, an embodiment of the operating device of the present invention will be described. In the following description of the embodiment, description will be given again with reference to FIG.
2 and 3, the capacitance between the rubber-like elastic body 41 and the fixed electrodes 2a and 2b, which is formed when the switch is pressed, is different for each capacitance-type switch. The value of the capacitance formed is different with respect to the pressing stroke. Further, the gap between the rubber-like elastic body 41 and the dielectric film 3 in the stage before the pressing is slightly different for each electrostatic capacitance type switch.
[0026]
As described with reference to FIG. 12, the electrostatic capacity of the electrostatic capacity type switch is cyclically sensed sequentially over the plurality of electrostatic capacity type switches 33, and the data is taken into the microcomputer (hereinafter, referred to as “capacitance type switch”). This is referred to as “scanning the capacitive switch repeatedly”).
Since the capacitance type switch has such variations as described above, the microcomputer 36 corrects the data as follows.
[0027]
(Determining the minimum capacity)
Inside the microcomputer 36, the minimum capacity of the capacitance type switch 33 corresponding to each capacitance type switch 33, that is, the capacitance before the capacitance type switch is pressed is stored. A buffer (named as buffer A) is prepared, and a value representing a predetermined maximum capacity is stored in the buffer A by a program that operates when power is supplied to the circuit shown in FIG. After that, scanning of the capacitance type switch is started, but the current sensed value is compared with the value stored in the buffer A every time scanning is performed, and the current sensed value is smaller than the buffer. The value of A is subtracted by “1” (representing a decrease in the capacitance value). By doing so, the value stored in the buffer A is changed to the static value before pressing for each capacitance type switch by scanning repeated many times almost instantaneously for the human sense after the power is turned on and before the start of use. It shows the electric capacity.
[0028]
However, in order to avoid that the capacitance before pressing the capacitance type switch is detected lower than the actual value due to power supply fluctuation, noise, etc., and the lower value remains stored in the buffer A. In addition, the value of the buffer A is incremented by “+1” in a period considerably longer than the scanning time. If the currently sensed value is smaller than the value stored in the buffer A in the scanning after being “+1”, the value of the buffer A is again set to “−1”.
[0029]
In this way, the minimum capacity for each capacitance type switch is dynamically determined until the power is turned off.
(Determining the maximum capacity)
In the microcomputer 36, in addition to the above-described buffer A, the maximum capacity of the capacitance type switch 33, that is, the maximum depression of the capacitance type switch, corresponding to each capacitance type switch 33, respectively. There is also a buffer (named buffer B) that stores the capacitance at the time. When the power is turned on, even if the capacitance type switch varies, the capacitance value is always ensured when the switch is fully pressed. Is stored. A capacitance type switch whose capacitance does not increase to the capacitance value when the maximum pressing is performed is regarded as a defective product at the time of shipping inspection, for example.
[0030]
This maximum capacity cannot be corrected before use, but each time a value larger than the value of the buffer B is sensed during scanning, the content of the buffer B is updated with the larger value.
At this time, in order to increase the reliability, the contents of the buffer B may be updated when a large value is sensed by scanning a plurality of times.
[0031]
As described above, the minimum capacity and the maximum capacity are dynamically updated.
In actual use, the capacitance value of a currently sensed capacitive sensor is corrected based on the minimum and maximum capacities of the capacitive switches stored in buffer A and buffer B, and The correct value, i.e. the current pressing stroke of the capacitive switch, is determined. The stroke data obtained in this way is sent to the host computer without being binarized, and is processed on the host computer side, thereby enabling various applications.
[0032]
FIG. 4 is an explanatory diagram of a touch response which is one of the applications.
As described above, the minimum capacity and the maximum capacity are stored in the buffer A and the buffer B, respectively, and the accurate stroke of the capacitance type switch is used by using the minimum capacity and the maximum capacity stored in the buffers A and B. Therefore, the actual stroke when the capacitance type switch is pressed matches the obtained stroke with high accuracy.
[0033]
Therefore, two stroke threshold values, that is, stroke A and stroke B, are set, and when the capacitance type switch is pressed, timing is started at the time when the stroke A is passed. Time measuring means for measuring the time to reach is provided. The time thus measured directly measures the speed at which the capacitive switch is pressed, but for human sense, the strength of pressing the capacitive switch. (So-called touch response) is supported. The time thus measured corresponds to the strength (speed) of pressing the key when the capacitive switch is used in a keyboard device of an electronic musical instrument, for example, depending on the use of the capacitive switch. ) Is reflected in the volume of the tone to be generated, or when this capacitive switch is used, for example, in a controller for a game machine, the strength (speed) of pressing the capacitive switch, For example, it can be reflected in the speed of animation movement on the television screen. This timing means may be provided on the host computer side, or may be provided in the microcomputer 36 incorporated in the capacitance type switch side shown in FIG. 12 (that is, by a program operating on the microcomputer 36). The time measurement result may be sent to the host computer side.
[0034]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an operating device incorporating the capacitive switch shown in FIGS. 2 and 3, and FIG. 6 is different from the capacitive switch shown in FIGS. It is a schematic cross section which shows embodiment of the operating device incorporating the electrostatic capacitance type switch as embodiment.
The operating device shown in FIG. 5 has a structure in which a capacitive switch including a rubber-like elastic body 41 having a convex portion 41a and a support portion 41b shown in FIGS. The capacitance of the capacitive switch changes according to the amount of pressing of the operation plate 60.
[0035]
The rubber-like elastic body 42 of the capacitive switch constituting the operating device shown in FIG. 6 does not have a portion corresponding to the support portion 41b of the rubber-like elastic body 41 of the capacitive switch shown in FIG. 5 corresponds to only the convex portion 41a of the rubber-like elastic body 41 shown in FIG. 5, and the rubber-like elastic body 42 is fixed to the lower surface of the operation plate 60 by, for example, adhesion or molding. Thus, the support portion is not necessarily required for the rubber-like elastic body of the capacitive switch of the present invention.
[0036]
6 is the same as the operation device shown in FIG. 5 in that the capacitance of the capacitance-type switch changes according to the amount of pressing of the operation plate 60. In the operation device shown in FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram of a controller for a game machine provided with a capacitance type switch, and FIG. 8 is an explanatory view of a part thereof.
The game machine controller 10 shown in the figure is provided with four capacitance type switches 11a, 11b, 11c, and 11d that can be independently operated, and an operation plate 12 on a disc. The operation plate 12 is configured to tilt toward the pressed side with the center point 0 as the center by pressing a portion away from the center point 0 toward the peripheral side.
[0037]
Under the operation plate 12, as shown in FIG. 8, in the example shown here, four capacitance type switches 13a, 13b, 13c, and 13d are arranged in a circle, and the operation plate When 12 is pressed, one or two capacitance type switches arranged on the pressed side of the four capacitance type switches 13a, 13b, 13c, and 13d according to the pushed direction. The switch is depressed. Which direction and how much the operation panel 12 is tilted by sensing which one capacitance type switch is pressed or how much each of the two capacitance type switches is pressed. Can know.
[0038]
A conventional general-purpose game machine controller binaryly detects whether or not each of the capacitance switches 11a, 11b, 11c, and 11d; 13a, 13b, 13c, and 13d is simply pressed. Compared with this, in the case of the game machine controller 10 shown in FIG. 7, in combination with the correction means for correctly detecting the above-mentioned pressing stroke, A complicated operation as exemplified below can be performed. Conventionally, since only binary on / off operations were performed, for example, in a car racing game, only a binary operation of accelerating or not accelerating the car was possible, whereas the game shown in FIG. The machine controller 10 can change the degree of acceleration, such as slowly accelerating or quickly accelerating, as desired by the operator. On the operation plate 12 side, conventionally, the angle resolution is 45 degrees depending on whether one switch is turned on or two switches adjacent in the circumferential direction are turned on. In the case of the operation panel 12 shown in FIG. 2, it is possible to obtain an extremely fine angular resolution, for example, by 1 °, depending on how the data is taken, the direction of the instruction can be controlled very precisely, and the operation amount of the operation panel 12 If necessary, you can also enter the 'operation strength' for that direction.
[0039]
Conventionally, in the case of a game that cannot be handled by a controller for a game machine having a shape similar to that shown in FIG. 7 and having a normal on / off contact switch instead of a capacitance type switch, A controller that is suitable for the game software is necessary. However, according to the game machine controller 10 shown in FIG. 7, the game machine controller 10 is suitable for a wider range of games than before, and a controller other than the game machine controller 10 is separately provided. There is almost no need to prepare.
[0040]
The configuration of the operation panel 12 and the capacitive switches 13a, 13b, 13c, and 13d is not limited to the controller for the game machine, but is an operation for instructing the direction on the screen, such as a conventional mouse, trackball, and joystick. You may comprise as an operator instead of a child.
FIG. 9 is a partial schematic configuration diagram of one key constituting a keyboard for an electronic musical instrument.
[0041]
A rear end portion 21 a of the key 21 is pivotally supported by the chassis 22, and a front end portion 21 b of the key 21 is configured to be rotatable in a direction toward and away from the chassis 22. A tension spring 23 is disposed between the rear end portion 21 a of the key 21 and the chassis 22, and the key 21 is biased in a direction away from the chassis 22. The key 21 is formed with a locking claw 21c. When the locking claw 21c is engaged with the chassis 22, the upper limit of the rotation of the key 21 in the direction away from the chassis 22 is restricted. . The key 21 has a protrusion 21d. When the key 21 is pushed in a direction approaching the chassis 22, the protrusion 21d comes into contact with the chassis 22, so that the lower limit of the rotation of the key 21 is reduced. It is regulated.
[0042]
Further, a capacitance type switch 24 is provided on the chassis 22, and a pressing portion 21 e that presses the capacitance type switch 24 is formed at a position of the key 21 facing the capacitance type switch 24. ing. When the key 21 is pressed, the capacitance of the capacitance type switch 24 changes according to the stroke of the depression, and the amount of depression of the key 21 can be known by sensing the capacitance. .
[0043]
When this capacitance type switch 24 is combined with the correction means for correctly determining the pressing stroke described above, the key pressing position can be accurately detected, and if a timing means for touch response is further provided, The pressing speed is accurately detected, and the expressive power of the delicate nuance of the performer can be improved. In addition, the capacitance type switch can take a stroke and can be pressed with a light touch, so that the key operation feeling is not impaired.
[0044]
Further, when the operating device of the present invention is used for on / off operation, for example, when used as a keyboard for computer input, the pressing stroke is detected with high accuracy, so that it turns on when pressed, for example. By providing hysteresis between the stroke position to be turned off and the stroke position to be turned off when released from the pressed state, a highly reliable keyboard without chattering is realized.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the capacitance type analog switch of the present invention, it is possible to realize a capacitance type analog switch that is rich in mass productivity and highly reliable.
Further, according to the operating device of the present invention, a novel operating device that has not been available in the past can be realized, and a highly reliable operating device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic block diagram of a first operating device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a state before pressing of an embodiment of the capacitance-type analog switch of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a state after pressing of one embodiment of the capacitance type analog switch of the present invention;
FIG. 4 is an explanatory diagram of a touch response.
5 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an operating device incorporating the capacitive switch shown in FIGS. 2 and 3. FIG.
6 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an operating device incorporating a capacitive switch as an embodiment different from the capacitive switch shown in FIGS. 2 and 3. FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram of a game machine controller including a capacitance type switch.
8 is an explanatory diagram of a part of the controller for the game machine shown in FIG.
FIG. 9 is a partial schematic configuration diagram of one key constituting a keyboard for an electronic musical instrument.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a conventional capacitive switch.
FIG. 11 is a graph showing an example of a change in capacitance with respect to a pressing stroke of a capacitance type switch.
12 is a circuit diagram showing a capacitance measurement circuit of the capacitance type switch having the structure shown in FIG. 10; FIG.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2a Drive side fixed electrode
2b Sense-side fixed electrode
3 Dielectric film
4 Movable electrodes
10 Controller for game console
11a, 11b, 11c, 11d, 13a, 13b, 13c, 13d, 24, 12
21 keys
22 Chassis
23 Tension spring
31 drivers
32 Analog multiplexer
33 Capacitance type switch
34 Amplifier
35 A / D converter
36 Microcomputer
41, 42 Rubber-like elastic body
41a Convex part
41b Support part
50 Capacitance type analog switch
51 Detection means
52 Correction means
53 Timekeeping
60 Operation panel

Claims (9)

固定電極と、該固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有し該凸形状部分の先端が前記誘電膜を挟んで前記固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて該誘電膜への接触面積が変化し該接触面積に応じて前記固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを備えたことを特徴とする静電容量型アナログスイッチ。A fixed electrode, a dielectric film covering the fixed electrode, and a convex part having a hemispherical tip at least in part, and the tip of the convex part facing the fixed electrode across the dielectric film A rubber-like elastic body that is arranged and has a contact area with the dielectric film that changes according to the degree of pressing, and a capacitance between the fixed electrode and the fixed electrode that depends on the contact area. Capacitance type analog switch. 前記固定電極が所定の基板上に固定されたものであって、前記ゴム状弾性体が、前記凸形状部分と前記基板との間に延在して該基板に対し該凸形状部分を支えるとともに押圧時に押圧の程度に応じて変形する支持部分を有することを特徴とする請求項1記載の静電容量型アナログスイッチ。  The fixed electrode is fixed on a predetermined substrate, and the rubber-like elastic body extends between the convex portion and the substrate to support the convex portion with respect to the substrate. 2. The capacitance type analog switch according to claim 1, further comprising a support portion that is deformed in accordance with the degree of pressing when pressed. 固定電極と、該固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有し該凸形状部分の先端が前記誘電膜を挟んで前記固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて該誘電膜への接触面積が変化し該接触面積に応じて前記固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを備えた静電容量型アナログスイッチ、
前記静電容量型アナログスイッチの容量を検出する検出手段、および
前記静電容量型アナログスイッチが押下されていないときと押下されたときの容量値を記憶し、前記検出手段により検出された前記静電容量型アナログスイッチの容量値と記憶された容量値とに基づいて、前記静電容量型アナログスイッチの現在のストローク位置を求める補正手段を備えたことを特徴とする操作装置。
A fixed electrode, a dielectric film covering the fixed electrode, and a convex part having a hemispherical tip at least in part, and the tip of the convex part facing the fixed electrode across the dielectric film A capacitance type analog comprising a rubber-like elastic body that is arranged and has a contact area to the dielectric film that changes according to the degree of pressing, and a capacitance between the fixed electrode and the fixed electrode is determined according to the contact area switch,
Detecting means for detecting the capacitance of the capacitance analog switch; and storing capacitance values when the capacitance analog switch is not pressed and when the capacitance analog switch is pressed, and detecting the static detected by the detection means. An operating device comprising correction means for obtaining a current stroke position of the capacitance type analog switch based on a capacitance value of the capacitance type analog switch and a stored capacitance value.
固定電極と、該固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有し該凸形状部分の先端が前記誘電膜を挟んで前記固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて該誘電膜への接触面積が変化し該接触面積に応じて前記固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを備えた静電容量型アナログスイッチが少なくとも3個円状に配置されるとともに、
これらの静電容量型アナログスイッチを覆い、これらの静電容量型アナログスイッチが配列された円の中心を軸としていずれの方向にも傾斜してこれらの静電容量型アナログスイッチのうちの一部の静電容量型アナログスイッチを押下する操作板とを備えたことを特徴とする操作装置。
A fixed electrode, a dielectric film covering the fixed electrode, and a convex part having a hemispherical tip at least in part, and the tip of the convex part facing the fixed electrode across the dielectric film A capacitance type analog comprising a rubber-like elastic body that is arranged and has a contact area to the dielectric film that changes according to the degree of pressing, and a capacitance between the fixed electrode and the fixed electrode is determined according to the contact area At least three switches are arranged in a circle,
Covering these capacitive analog switches, tilting in any direction around the center of the circle where these capacitive analog switches are arranged as a part of these capacitive analog switches And an operation plate for pressing the capacitance type analog switch.
ゲーム機用コントローラに組み込まれてなることを特徴とする請求項4記載の操作装置。  The operation device according to claim 4, wherein the operation device is incorporated in a game machine controller. 一端側が基体に軸支され該基体に接離する方向に回動自在な鍵、該鍵を該基体から離間させる方向に付勢するバネ部材、および該鍵の押下により押下される固定電極と、該固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有し該凸形状部分の先端が前記誘電膜を挟んで前記固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて該誘電膜への接触面積が変化し該接触面積に応じて前記固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを有する静電容量型アナログスイッチを備えたことを特徴とする操作装置。A key whose one end is pivotally supported by the base body and rotatable in a direction to come in contact with and away from the base body, a spring member that biases the key in a direction to move away from the base body, and a fixed electrode that is pressed down by pressing the key; A dielectric film covering the fixed electrode, and a tip part at least partially having a hemispherical convex part, the tip of the convex part being arranged so as to face the fixed electrode across the dielectric film, and pressing A capacitance-type analog switch having a rubber-like elastic body in which the contact area with the dielectric film changes according to the degree of contact and the capacitance between the fixed electrode and the fixed electrode is determined according to the contact area An operation device characterized by. 電子楽器用鍵盤装置に組み込まれてなることを特徴とする請求項6記載の操作装置。  7. The operating device according to claim 6, wherein the operating device is incorporated in an electronic musical instrument keyboard device. 前記静電容量型アナログスイッチの容量を検出する検出手段、および前記静電容量型アナログスイッチが押下されていないときと押下されたときの容量値を記憶し、前記検出手段により検出された前記静電容量型アナログスイッチの容量値と記憶された容量値とに基づいて、前記静電容量型アナログスイッチの現在のストローク位置を求める補正手段を備えたことを特徴とする請求項4から7のうちいずれか1項記載の操作装置。  Detecting means for detecting the capacitance of the capacitance analog switch; and storing capacitance values when the capacitance analog switch is not pressed and when the capacitance analog switch is pressed; The correction means for obtaining the current stroke position of the capacitance type analog switch based on the capacitance value of the capacitance type analog switch and the stored capacitance value is provided. The operating device according to claim 1. 前記静電容量型アナログスイッチが操作されたときの、該静電容量型アナログスイッチが所定の第1のストローク位置を通過した時刻から所定の第2のストローク位置を通過する時刻までの時間を計測する計時手段を備えたことを特徴とする請求項3又は8記載の操作装置。  Measures the time from when the capacitance analog switch passes a predetermined first stroke position to the time when the capacitance analog switch passes a predetermined second stroke position when the capacitance analog switch is operated 9. The operating device according to claim 3 or 8, further comprising time measuring means.
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