JP3914589B2 - Operating device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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操作装置に関し、詳細には、静電容量型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1は、上記従来の静電容量型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1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2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2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3は、図1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2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1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】
上記に例示した構造の静電容量型スイッチは、本質的には操作量に応じた連続的な値を検出することのできるアナログスイッチであるにも拘らず、コンピュータのキーボードのようにオン/オフの検出に用いられているにとどまっている。
この原因の1つは、通常のキーボードスイッチのようにオン/オフのみの検出のときは、機構的、電気的なばらつきはさほど問題とはならないが、このスイッチを操作量を連続的に検知するアナログスイッチとして用いるには操作のストロークに対する静電容量のばらつきが大きく、調整等に時間がかかったり、その後の信頼性にも問題が生じるおそれがあることにある。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑み、上記の静電容量型スイッチの特徴を生かした新規な操作装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の静電容量型スイッチを用い、しかも微妙な調整が不要で高い信頼性をもって操作量を検出することのできる操作装置を提供することも目的の1つとする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
図4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、その固定電極に対向して配置され圧縮されたときに各線素がその固定電極に近接する方向に移動しその固定電極との間の静電容量が移動量に応じて変化する、圧縮方向に巻径が変化したコイルばねからなる可動電極とを有する静電容量型アナログスイッチ50
(2)上記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
(3)上記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、上記検出手段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。
【0011】
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大きな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。
【0012】
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。
【0013】
また、本発明の第2の操作装置は、固定電極と、その固定電極に対向して配置され圧縮されたときに各線素がその固定電極に近接する方向に移動しその固定電極との間の静電容量が移動量に応じて変化する、圧縮方向に巻径が変化したコイルばねからなる可動電極とを有する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。
【0014】
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、その固定電極に対向して配置され圧縮されたときに各線素がその固定電極に近接する方向に移動しその固定電極との間の静電容量が移動量に応じて変化する、圧縮方向に巻径が変化したコイルばねからなる可動電極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。
【0015】
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。
【0016】
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〜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。
【0017】
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。
【0018】
【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。
尚、以下の実施形態の説明では、再度、前述した各図1〜3を参照して説明する。
図1に示す静電容量型スイッチにおいて、ここでは、押し下げられていない場合であっても、可動電極4は、誘電膜3を介してドライブ側固定電極2aと接触しており、それら可動電極4とドライブ側固定電極2aとの間では所定の静電容量を形成しており、一方、可動電極4とセンス側固定電極2bとの間では理想的には静電容量は形成されておらず、可動電極4の押下に伴ってそれら可動電極4とセンス側固定電極2bとの間に押下のストロークに応じた静電容量が形成されるものとする。ただし非押下時においても、この静電容量型スイッチの本質的な構造、組立て誤差等により、押下前の段階においても、可動電極4とセンス側固定電極2bとの間には、その静電容量型スイッチ毎に値の異なる静電容量が形成されている。
【0019】
さらに、押下に伴って形成される、可動電極4とセンス側固定電極2bとの間の静電容量も、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、可動電極4とドライブ側固定電極2aとの間の静電容量もその静電容量型スイッチ毎に異なっている。
【0020】
この静電容量型スイッチの静電容量は、図3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。
【0021】
(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3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(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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
図5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。
【0027】
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3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。
【0028】
図6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6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。
【0029】
この操作板12の下には、図7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。
【0030】
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6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6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6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。
【0031】
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6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6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。
【0032】
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8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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のによれば、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】上記従来の静電容量型スイッチの概略構成図である。
【図2】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3】図1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。
【図4】本発明の第1の操作装置の基本ブロックである。
【図5】タッチレスポンスの説明図である。
【図6】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7】図5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8】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。
【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,24,33 静電容量型スイッチ
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
34 増幅器
35 A/D変換器
36 マイクロコンピュータ
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an operating device that inputs an operation amount to, for example, a computer or other equipment, and more particularly, to an operating device that includes a capacitive switch.
[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. 1 is a schematic configuration diagram of the conventional capacitance type switch.
[0003]
In this example, two fixed electrodes, that is, a drive side fixed electrode 2 a and a sense side
Here, when the movable electrode 4 is pushed down from the top of FIG. 1, the capacitance between the
[0004]
FIG. 2 is a graph showing an example of a change in capacitance with respect to a stroke of pressing the capacitance type switch.
As shown in FIG. 2, the capacitance changes in accordance with the pressing stroke. By detecting this capacitance, the degree of pressing of the movable electrode 4, that is, the stroke position of the capacitance switch is known. 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
[0006]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a capacitance measurement circuit of the capacitance type switch having the structure shown in FIG.
The
[0007]
For example, the operation of the capacitive switch is detected in this way.
Since the capacitance type switch shown in FIG. 1 includes two
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The capacitance type switch having the structure exemplified above is essentially an analog switch that can detect a continuous value according to the operation amount, but is turned on / off like a computer keyboard. It is only used for detection.
One of the causes is that, when detecting only on / off like a normal keyboard switch, mechanical and electrical variations do not matter so much, but this switch detects the operation amount continuously. When used as an analog switch, there is a large variation in the capacitance with respect to the stroke of the operation, and it may take time for adjustment or the like, and there may be a problem in reliability thereafter.
[0009]
In view of the circumstances described above, an object of the present invention is to provide a novel operating device that takes advantage of the features of the capacitance type switch.
Another object of the present invention is to provide an operating device that uses the above-described capacitance type switch and that can detect an operation amount with high reliability without requiring fine adjustment.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 4 is a basic block diagram of the first operating device of the present invention.
The first operating device of the present invention comprises:
(1) When a fixed electrode and the fixed electrode are arranged and compressed so that each line element approaches the fixed electrode, the capacitance between the fixed electrode and the fixed electrode depends on the amount of movement. Capacitance
(2) Detection means for detecting the capacitance of the capacitance analog switch 50 (3) Stores the capacitance value when the capacitance
It is provided with.
[0011]
Since the first operating device of the present invention includes the
In addition, since the first operating device of the present invention includes the
[0012]
In this case, in the first operating device of the present invention, when the capacitance
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.
[0013]
In addition, the second operating device of the present invention includes a fixed electrode, and each line element moves in a direction close to the fixed electrode when the fixed electrode is disposed and compressed so as to face the fixed electrode. At least three capacitance-type analog switches having a movable electrode made of a coil spring whose winding diameter changes in the compression direction, the capacitance of which changes according to the amount of movement, 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 down the capacitance type analog switch.
[0014]
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 in which the key is separated from the base body, and the key When the electrode is pressed, the fixed electrode and each line element move in the direction close to the fixed electrode when it is placed and compressed against the fixed electrode, and the capacitance between the fixed electrode moves. A capacitance-type analog switch having a movable electrode made of a coil spring whose winding diameter is changed in the compression direction, which changes according to the amount, is provided.
[0015]
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.
[0016]
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, as in the first operating device of the present invention, in the second to third operating devices of the present invention, when the capacitance type analog switch is operated, the capacitance type analog switch is predetermined. 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.
[0017]
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.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
In the following description of the embodiment, description will be given again with reference to FIGS.
In the capacitance type switch shown in FIG. 1, the movable electrode 4 is in contact with the drive-side fixed electrode 2 a through the
[0019]
Furthermore, the capacitance between the movable electrode 4 and the sense-side fixed
[0020]
As described with reference to FIG. 3, the capacitance of this capacitance type switch is cyclically sensed over a plurality of capacitance 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
[0021]
(Determining the minimum capacity)
Inside the
[0022]
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”.
[0023]
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
[0024]
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.
[0025]
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.
[0026]
FIG. 5 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.
[0027]
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 time measuring means may be provided on the host computer side, or may be provided in the
[0028]
FIG. 6 is a schematic diagram of a controller for a game machine provided with a capacitance type switch, and FIG. 6 is an explanatory view of a part thereof.
The
[0029]
Under the
[0030]
The 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
[0031]
Conventionally, in the case of a game that cannot be handled by a game machine controller having a shape similar to that shown in FIG. 6 and having a normal on / off contact switch instead of a capacitance type switch, what is the game machine controller? Separately, a controller suitable for the game software was necessary. However, according to the
[0032]
The configuration of the
FIG. 8 is a partial schematic configuration diagram of one key constituting a keyboard for an electronic musical instrument.
[0033]
A
[0034]
Further, a
[0035]
When this
[0036]
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.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an unprecedented new operating device can be realized, and a highly reliable operating device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the conventional capacitance type switch.
FIG. 2 is a graph showing an example of a change in capacitance with respect to a pressing stroke of a capacitance type switch.
3 is a circuit diagram showing a capacitance measuring circuit of the capacitance type switch having the structure shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 4 is a basic block of a first operating device according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a touch response.
FIG. 6 is a schematic diagram of a game machine controller including a capacitance type switch.
7 is an explanatory diagram of a part of the controller for the game machine shown in FIG.
FIG. 8 is a partial schematic configuration diagram of one key constituting a keyboard for an electronic musical instrument.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2a Drive side fixed
Claims (8)
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の容量値である最小容量値と最大押下時の容量値である最大容量値とをあらかじめ記憶しておき、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現在の容量値とあらかじめ記憶しておいた最小容量値および最大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。When the fixed electrode and the fixed electrode are arranged and compressed and each line element is moved in the direction approaching the fixed electrode, the capacitance between the fixed electrode and the fixed electrode changes according to the amount of movement. A capacitance type analog switch having a movable electrode made of a coil spring whose winding diameter is changed in the compression direction,
Maximum capacity value and a capacitance value of the minimum capacitance and maximum press time a capacitance value when the detection means, and wherein the capacitive analog switch is not pressed for detecting the capacitance of the capacitive analog switch the previously stored, based on the current capacity value and the minimum capacitance value that has been previously stored and the maximum capacitance value of the capacitive analog switch that has been detected by said detection means, said capacitive An operating device comprising correction means for obtaining a current stroke position of an analog switch.
前記静電容量型アナログスイッチの容量を各静電容量型アナログスイッチごとに検出する検出手段、
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、
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の容量値である最小容量値と最大押下時の容量値である最大容量値とを前記静電容量型アナログスイッチそれぞれについてあらかじめ記憶しておき、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現在の容量値とあらかじめ記憶しておいた最小容量値および最大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、および
前記静電容量型アナログスイッチを覆い、該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を備えたことを特徴とする操作装置。When the fixed electrode and the fixed electrode are arranged and compressed and each line element is moved in the direction approaching the fixed electrode, the capacitance between the fixed electrode and the fixed electrode changes according to the amount of movement. A capacitance type analog switch arranged in a circle with at least three movable electrodes made of coil springs having a winding diameter changed in the compression direction ,
Detecting means for detecting the capacitance of the capacitance type analog switch for each capacitance type analog switch;
Detection means for detecting the capacitance of the capacitance analog switch;
A minimum capacitance value that is a capacitance value when the capacitance analog switch is not pressed and a maximum capacitance value that is a capacitance value when the capacitance is pressed maximum are stored in advance for each capacitance analog switch, Based on the current capacitance value of the capacitance type analog switch detected by the detection means and the minimum and maximum capacitance values stored in advance, the current stroke position of the capacitance type analog switch. Correction means for determining, and
The capacitive covers the analog switch, the capacitive analog switch is part of the static of these capacitive analog switch inclined in either direction as the axis center of the circle which are arranged An operation device comprising an operation panel for pressing a capacitance type analog switch.
前記静電容量型アナログスイッチを覆い、該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、および
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操作装置。 When the fixed electrode and the fixed electrode are arranged and compressed and each line element is moved in the direction approaching the fixed electrode, the capacitance between the fixed electrode and the fixed electrode changes according to the amount of movement. A capacitance type analog switch arranged in a circle with at least three movable electrodes made of coil springs having a winding diameter changed in the compression direction,
Covering the capacitance type analog switch, and tilting in any direction around the center of the circle where the capacitance type analog switch is arranged as an axis, An operation panel for pressing the capacitance type analog switch, and
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 operation device you comprising the timing means for.
該鍵を該基体から離間させる方向に付勢するバネ部材、
該鍵の押下により押下される、固定電極と、該固定電極に対向して配置され圧縮されたときに各線素が該固定電極に近接する方向に移動し該固定電極との間の静電容量が該移動量に応じて変化する、圧縮方向に巻径が変化したコイルばねからなる可動電極とを有する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の容量値である最小容量値と最大押下時の容量値である最大容量値とをあらかじめ記憶しておき、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現在の容量値とあらかじめ記憶しておいた 最小容量値および最大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 key whose one end is pivotally supported by the base body and rotatable in a direction in which it comes into contact with or separates from the base body;
A spring member for biasing the key in a direction away from the base body;
Capacitance between the fixed electrode, which is pressed by pressing the key, and each line element that moves in a direction close to the fixed electrode when opposed to the fixed electrode and compressed. A capacitance type analog switch having a movable electrode made of a coil spring whose winding diameter is changed in the compression direction.
Detection means for detecting the capacitance of the capacitance analog switch; and
A minimum capacitance value that is a capacitance value when the capacitance-type analog switch is not pressed and a maximum capacitance value that is a capacitance value when the capacitance switch is maximum are stored in advance, and the static value detected by the detection unit is stored. Compensation means for obtaining the current stroke position of the capacitance type analog switch based on the current capacitance value of the capacitance type analog switch and the minimum and maximum capacitance values stored in advance. operation equipment shall be the feature.
該鍵を該基体から離間させる方向に付勢するバネ部材、
該鍵の押下により押下される、固定電極と、該固定電極に対向して配置され圧縮されたときに各線素が該固定電極に近接する方向に移動し該固定電極との間の静電容量が該移動量に応じて変化する、圧縮方向に巻径が変化したコイルばねからなる可動電極とを有する静電容量型アナログスイッチ、および
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操作装置。 A key whose one end is pivotally supported by the base body and rotatable in a direction in which it comes into contact with or separates from the base body;
A spring member for biasing the key in a direction away from the base body;
Capacitance between the fixed electrode, which is pressed by pressing the key, and each line element that moves in a direction close to the fixed electrode when opposed to the fixed electrode and compressed. A capacitance type analog switch having a movable electrode made of a coil spring whose winding diameter is changed in the compression direction, and the capacitance type analog switch when the capacitance type analog switch is operated. operation device you characterized by comprising timer means capacitive analog switch measures the time until passing through the second stroke position given from the time which has passed through the first stroke position of the predetermined .
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