JP5573374B2 - 情報処理装置および操作入力方法 - Google Patents

Description

本発明は、機械的に入力操作される操作部材と静電容量センサとが組み合わされた入力装置、情報処理装置、操作入力方法およびセンサシートに関する。

押圧式の操作ボタン（押しボタン）は、構造が単純かつ安価であり、軽快な操作感を備えることから、パーソナルコンピュータのキーボード、ゲームコントローラ、リモートコントローラ、携帯電話など各種電子機器の入力装置に広く用いられている。一方、近年における電子機器の高度化に伴い、必要となる入力操作もより複雑化してきている。従来型押しボタンは、典型的には、オン／オフの２値の入力操作しかできず、一次元的な入力操作が限界であった。そこで、従来では、押しボタンを十字キーで構成することによって、あるいは、ジョイスティック、アナログパッド、トラックボールなどの他の入力機構と組み合わせることによって、例えばポインタを画面上で移動させるような二次元的な入力操作にも対応できるようにしている。

例えば下記特許文献１および特許文献２には、従来型押しボタンを十字キーの中心にトラックボールを配置した入力装置が記載されている。特許文献３には、操作ボタンを前後左右にスライドさせることで項目選択画面上のカーソルを移動させることが可能な入力装置が記載されている。特許文献４には、トラックボールの機構全体を押し込むことにより、押しボタン操作も可能とした電子機器が記載されている。そして、特許文献５には、操作ボタンの内部に静電コンデンサ構造が設けられ、ボタンを傾けて押すことにより所定の方向指示操作を可能とする入力装置が記載されている。

特開２００２−２２９７３２号公報 特開平９−２５１３５０号公報 特開２００５−６３２３０号公報 特開２００５−４４２１４号公報 特開２００２−１３１１４９号公報

しかしながら、上述のいずれの構成についても、従来型押しボタンと比較して機構がかなり複雑になる。また、ボタンの周囲に追加の機構を設置するためのスペースが必要であり、あるいは、限られたスペース内で複雑な機構を構築する必要があるため、故障率が増加する。上記問題は、操作ボタンが隣接して複数配列されている場合に特に顕著となる。さらに、追加の機構を設置することでボタンの操作感覚が低下し、ユーザの意図に即した操作感が得られなくなるおそれがある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、構造を複雑化することなく、二次元的な入力操作を可能とする入力装置、情報処理装置、操作入力方法およびセンサシートを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る入力装置は、入力操作部と、容量センサと、出力部とを具備する。
上記入力操作部は、機械的に入力操作される操作部材と、上記操作部材の入力操作を検出する第１の検出回路とを有する。
上記容量センサは、上記操作部材の周囲に配列され検出対象の近接により静電容量が変化する複数の電極と、上記複数の電極各々の静電容量を検出する第２の検出回路とを有する。
上記出力部は、上記第１の検出回路の出力と上記第２の検出回路の出力とを出力する。

上記入力装置において、容量センサの各電極は、操作部材を操作するユーザの手指（検出対象）の近接によって静電容量が変化する。上記各電極は、操作部材の周囲に配置されているため、容量センサによって操作部材上における指の位置や姿勢（向き）またはそれらの変化が検出される。これにより、操作部材による操作入力だけでなく、ユーザの二次元的な動作に基づくより拡張的な操作入力が可能となる。また、ユーザの二次元的な動作検出に複雑な機構を用いることなく、静電的に検出対象が検出されるため、構造の複雑化を回避できるとともに、限られたスペースを利用して高精度に入力動作を検出することができる。さらに、操作部材の入力操作感も損なわれることはない。

なお、上記操作部材は、ユーザの手指等により機械的に入力操作されるものであれば特に限定されず、例えば、押しボタン、スライドスイッチ、回転ダイヤル、操作レバー等の各種の操作入力子が含まれる。

上記容量センサは、絶縁性のシート基材と、接続端子とをさらに有してもよい。上記シート基材は、上記複数の電極が形成され、上記操作部材に装着される装着部を有する。上記接続端子は、上記シート基材に取り付けられ、上記第２の検出回路へ上記複数の電極を電気的に接続する。
この構成により、シート基材を入力操作部に装着したときに各電極を操作部材の周囲の所定位置へ精度よく位置決めすることができる。また、接続端子を設けることで、第２の検出回路とは独立して、上記シート基材および電極を取り扱うことができる。

上記入力操作部は、支持基板と、筐体とをさらに有してもよい。上記支持基板は、上記操作部材を支持する。上記筐体は、上記支持基板と対向し上記操作部材を外部へ露出させる開口を有する。上記シート基材は、上記筐体の内部に設置される。
これにより、入力装置の構成の簡素化を図ることができる。

上記第１の検出回路は、第１の端子部と、第２の端子部とを有してもよい。上記第１の端子部は、上記支持基板に形成される。上記第２の端子部は、上記第１の端子部と対向するように上記操作部材に形成され、上記操作部材の入力操作により上記第１の端子部と接触する。
これにより、操作部材の入力操作性を阻害することなく、入力装置を構成することができる。

上記操作部材は、上記操作部材上の上記検出対象と上記複数の電極との間に形成された導体層をさらに有してもよい。
これにより、操作部材上の検出対象を容量センサによって感度よく検出することができる。

上記入力信号は、上記第２の検出回路の出力に基づいて生成される、表示装置の表示画面に表示される画像の動きを制御するための制御信号を含んでもよい。
これにより、操作部材上の検出対象の位置や姿勢の変化に基づいて、表示画面上の画像の動きを制御することが可能となる。

上記複数の電極は、第１の電極パターンと、第２の電極パターンとを有してもよい。上記第１の電極パターンは、第１の方向に沿って形成される。上記第２の電極パターンは、上記第１の方向と交差する第２の方向に沿って形成される。
これにより、第１の方向および第２の方向に沿った操作部材上の検出対象の動きを検出することができる。

上記操作部材は、上記入力操作部に複数配列されてもよく、上記複数の電極は、上記操作部材の各々を挟むように上記第１の方向および第２の方向にそれぞれ配列されてもよい。
これにより、複数の操作部材を用いたより複合的な二次元入力操作が可能となる。

本発明の一形態に係る情報処理装置は、表示部と、入力操作部と、容量センサと、制御部とを具備する。
上記表示部は、表示画面を有する。
上記入力操作部は、機械的に入力操作される操作部材と、上記操作部材の入力操作を検出する第１の検出回路とを有する。
上記容量センサは、上記操作部材の周囲に配列され検出対象の近接により静電容量が変化する複数の電極と、上記複数の電極各々の静電容量を検出する第２の検出回路とを有する。
上記制御部は、上記第１の検出回路の出力と上記第２の検出回路の出力とに基づいて、上記入力操作部の入力操作に対応する入力信号を生成する。

上記情報処理装置において、容量センサの各電極は、操作部材を操作するユーザの手指（検出対象）の近接によって静電容量が変化する。上記各電極は、操作部材の周囲に配置されているため、容量センサによって操作部材上における指の位置や姿勢（向き）またはそれらの変化が検出される。これにより、操作部材による操作入力だけでなく、ユーザの二次元的な動作に基づくより拡張的な操作入力が可能となる。また、ユーザの二次元的な動作検出に複雑な機構を用いることなく、静電的に検出対象が検出されるため、構造の複雑化を回避できるとともに、限られたスペースを利用して高精度に入力動作を検出することができる。さらに、操作部材の入力操作感も損なわれることはない。

本発明の一形態に係る操作入力方法は、入力操作部に配置され機械的に入力操作される操作部材の入力状態を第１の検出回路で検出する工程を含む。
上記前記操作部材の周囲に配列された複数の電極各々の静電容量は、第２の検出回路で検出される。
上記第１の検出回路の出力と上記第２の検出回路の出力とに基づいて、上記入力操作部の入力操作に対応する入力信号が生成される。

上記操作入力方法によれば、操作部材による入力操作だけでなく、ユーザの二次元的な動作に基づくより拡張的な操作入力が可能となる。また、ユーザの二次元的な動作検出に複雑な機構を用いることなく、静電的に検出対象が検出されるため、構造の複雑化を回避できるとともに、限られたスペースを利用して高精度に入力動作を検出することができる。さらに、操作部材の入力操作感も損なわれることはない。

本発明の一形態に係るセンサシートは、絶縁性のシート基材と、複数の電極と、接続端子とを具備する。
上記絶縁性のシート基材は、機械的に入力操作される操作部材を有する入力装置の入力操作部に設置され、上記操作部材に装着されることが可能な装着部を有する。
上記複数の電極は、上記装着部を囲むように上記シート基材の上に形成され、検出対象の近接により静電容量が変化する。
上記接続端子は、上記シート基材に取り付けられ、上記複数の電極各々の静電容量を検出する検出回路へ上記複数の電極を電気的に接続する。

上記センサシートによれば、シート基材を入力操作部に装着したときに各電極を操作部材の周囲の所定位置へ精度よく位置決めすることができる。また、接続端子を設けることで、第２の検出回路とは独立して、上記センサシートを取り扱うことができる。

本発明によれば、構造を複雑化することなく、二次元的な入力操作を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る情報処理装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る入力装置の要部の断面図である。 上記入力装置の作用を説明する要部の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る入力装置の要部の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る入力装置の要部の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る入力装置の要部の概略平面図である。 図６の入力装置の変形例を説明する概略平面図である。 図６の入力装置の変形例を説明する概略平面図である。 図６の入力装置の変形例を説明する概略平面図である。 図６の入力装置の変形例を説明する概略平面図である。 図６の入力装置の変形例を説明する概略平面図である。 図２の入力装置の変形例を説明する概略断面図である。 図４の入力装置の変形例を説明する概略断面図である。 図５の入力装置の変形例を説明する概略断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
［情報処理装置］
図１は、本発明の一実施形態に係る情報処理装置の概略構成図である。本実施形態の情報処理装置１は、入力装置１０と、制御部２０と、表示部３０とを有する。本実施形態では、情報処理装置１としてゲーム機に適用した例について説明する。

本実施形態の情報処理装置１において、入力装置１０は、ユーザ（指）Ｆの操作に応じて入力信号を生成し、これを制御部２０に出力する。制御部２０は、上記入力信号に基づいて、表示部３０に表示される画像を制御するための制御信号を生成する。

以下、入力装置１０の詳細について説明する。図２は、入力装置１０の要部の断面図である。以下、図１および図２を参照して、本実施形態の入力装置１０の基本構成について説明する。なお、図においてＸ軸方向およびＹ軸方向は、入力装置１０の横方向（左右方向）および縦方向（前後方向）をそれぞれ示し、Ｚ軸方向はこれらに垂直な方向を示している。

［入力装置］
本実施形態の入力装置１０は、例えば、ゲーム機のコントローラに対応する。入力装置１０は、ユーザによって機械的に入力操作される操作部材１１１を有する入力操作部１１０と、操作部材１１１の周囲に配列された複数の配線電極１２２ｘ（Ｘ０，Ｘ１），１２２ｙ（Ｙ０，Ｙ１）を有する容量センサ１２０とを有する。

（入力操作部）
入力操作部１１０は、操作部材１１１と、支持基板１１３と、筐体１１４とを有する。操作部材１１１は、Ｚ軸方向に押圧操作されるボタンスイッチで構成されている。図２において、操作部材１１１は、円筒形状を有しており、バネ部材１１５ａ，１１５ｂを介して、支持基板１１３の上面に弾性的に支持されている。筐体１１４は、操作部材１１１および支持基板１１３を収容する。筐体１１４は、操作部材１１１を外部へ露出させる開口１１４ａを有しており、筐体１１４の外側から操作部材１１１の入力操作が可能とされている。

支持基板１１３は、配線パターンが形成された回路基板で構成される。支持基板１１３は、相互に離間して対向する一対の端子部１１３ａ，１１３ｂ（第１の端子部）を有する。操作部材１１１は、押圧操作されることで両端子部１１３ａ、１１３ｂへ同時に接触可能なように支持基板１１３に対向する端子部１１２（第２の端子部）を有する。操作部材１１１の非操作時、操作部材１１１は、バネ部材１１５ａ，１１５ｂの付勢力により、端子部１１２と端子部１１３ａ，１１３ｂとが相互に離間する位置（非入力位置）をとる。一方、操作部材１１１は、バネ部材１１５ａ，１１５ｂの付勢力に抗して押圧操作されると、端子部１１２と端子部１１３ａ，１１３ｂとが相互に接触する位置（入力位置）をとる。

端子部１１２と支持基板１１３（端子部１１３ａ，１１３ｂ）とは、操作部材１１１の入力操作を検出する検出回路（第１の検出回路）を構成する。このような構成により、操作部材１１１の入力操作性を阻害することなく、入力装置１０を構成することができる。

入力装置１０は、支持基板１１３と電気的に接続される出力部Ｇ１（第１の出力部）を有する。出力部Ｇ１は、操作部材１１１の非入力位置および入力位置に対応した第１の出力信号Ｓ１を制御部２０へ出力する。典型的には、出力部Ｇ１は、操作部材１１１が非入力位置にあるときはローレベルの電圧信号（オフ信号）を出力し、操作部材１１１が入力位置にあるときはハイレベルの電圧信号（オン信号）を出力する。

入力操作部１１０は、単一の操作部材１１１で構成される例に限られない。すなわち、入力操作部１１０は、押圧式以外の他の操作方式（例えば、十字キー式、スライド式、回転式）を有する操作部材が混在していてもよい。また、操作部材１１１と同一構成の操作部材が複数配置されていてもよい。

（容量センサ）
容量センサ１２０は、操作部材１１１の周囲に配列された複数の配線電極１２２ｘ（第１の電極パターン），１２２ｙ（第２の電極パターン）と、これら複数の配線電極１２２ｘ，１２２ｙを支持する電気絶縁性のシート基材１２１とを有するセンサシートで構成される。シート基材１２１は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）等のプラスチックシートで構成される。

配線電極１２２ｘ，１２２ｙは、シート基材１２１の表面にそれぞれ格子状に形成されている。一方の配線電極１２２ｘは、Ｙ軸方向に沿って直線的に形成され、操作部材１１１を左右から挟むようにＸ軸方向に配列されている。他方の配線電極１２２ｙは、Ｘ軸方向に直線的に延在し、操作部材１１１を前後から挟むようにＹ軸方向に配列されている。

なお、配線電極１２２ｘ，１２２ｙの電極形状は直線的なものに限られず、後述するような種々の形状に形成されることが可能である。また、配線電極１２２ｘ，１２２ｙの構成材料も特に限定されず、銅、アルミニウム、銀等の各種金属材料を用いることができる。

配線電極１２２ｘ，１２２ｙは、シート基材１２１の各面にそれぞれ形成される。例えば図１に示すように、シート基材１２１の表面に配線電極１２２ｘ（Ｘ０，Ｘ１）が形成され、シート基材１２１の裏面に配線電極１２２ｙ（Ｙ０，Ｙ１）が形成される。あるいは、各配線電極１２２ｘ，１２２ｙごとに、シート基材を異ならせてもよい。配線電極１２２ｘ，１２２ｙの形成方法は特に限定されず、シート基材１２１の各面に形成した導体層をパターンエッチングしてもよいし、シート基材１２１の各面にパターンめっきを施してもよい。

シート基材１２１には、図１に示すように、配線電極１２２ｘ，１２２ｙ各々を後述する検出回路１２３へ電気的に接続するための接続端子１２２Ｔが取り付けられている。接続端子１２２Ｔは、配線電極１２２ｘ，１２２ｙ各々と電気的に接続されたコネクタ端子として形成され、検出回路１２３に接続されるケーブル（図示略）と着脱可能に構成されている。

容量センサ１２０は、筐体１１４の内部に設置される。シート基材１２１には、操作部材１１１に装着される孔１２１ａ（装着部）が形成されており、この孔１２１ａの周囲に配線電極１２２ｘ（Ｘ０，Ｘ１），１２２ｙ（Ｙ０，Ｙ１）がそれぞれ配列される。図示の例に限られず、さらに多くの本数の配線電極を孔１２１ａの左右方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）に配列させてもよい。

シート基材１２１は、図２に示すように、孔１２１ａに操作部材１１１が装着された状態で、シート基材１２１は筐体１１４の内部に設置される。これにより、シート基材１２１上の各配線電極１２２ｘ，１２２ｙは、操作部材１１１の周囲に精度よく位置決めされる。また、入力装置１０の構成の簡素化を図ることができる。筐体１１４に対するシート基材１２１の固定には、接着剤や粘着テープを用いることができる。

容量センサ１２０は、配線電極１２２ｘ、１２２ｙの静電容量（あるいはその変化）を検出する検出回路１２３（第２の検出回路）を有する。検出回路１２３は、各配線電極１２２ｘ，１２２ｙを発振させる駆動部と、各配線電極１２２ｘ，１２２ｙの静電容量を算出する演算部などを含む。検出回路１２３は、例えば半導体チップ等の電子部品で構成することができ、筐体１１４の内部に収容される。

上記駆動部は、各配線電極１２２ｘ，１２２ｙへ供給される信号電圧を発生する。信号電圧は、配線電極１２２ｘ，１２２ｙを発振できる信号であれば特に限定されず、例えば、所定周波数のパルス信号、高周波信号、交流信号、さらには直流信号などを用いることができる。上記演算部は、発振された配線電極の静電容量あるいはその変化量を検出できる回路であれば特に限定されない。本実施形態では、上記演算部は、容量あるいはその変化量を整数値（カウント値）に変換する。

本実施形態では、いわゆるセルフキャパシタンス方式で各配線電極１２２ｘ，１２２ｙの静電容量およびその変化が検出される。セルフキャパシタンス方式は、単電極方式とも呼ばれ、センシングに用いる電極は１つである。センシング用の電極は、接地電位に対して浮遊容量をもっており、人体（手指）などの接地された検出対象物が近づくと、当該電極の浮遊容量は増加する。上記演算部は、この容量増加を検出することで、手指の近接や位置座標を算出する。

入力操作部１１０が複数の操作部材１１１を有する場合、配線電極１２２ｘ，１２２ｙは、これら複数の操作部材１１１の一部あるいは全部の周囲に配列され得るような本数で形成されてもよい。

配線電極１２２ｘ，１２２ｙの発振方式すなわち走査方式は特に限定されない。例えば、各列の配線電極１２２ｘ，１２２ｙを同時に発振する方式が採用されてもよいし、各列を順次発振する方式が採用されてもよい。

入力装置１０は、検出回路１２３と電気的に接続される出力部Ｇ２（第２の出力部）を有する。出力部Ｇ２は、各配線電極１２２ｘ，１２２ｙの静電容量値に関する第２の出力信号Ｓ２を制御部２０へ出力する。

［制御部］
制御部２０は、支持基板１１３（出力部Ｇ１）から出力される第１の出力信号Ｓ１と、検出回路１２３（出力部Ｇ２）から出力される第２の出力信号Ｓ２とに基づいて、入力操作部１１０の入力操作に対応する入力信号Ｓを生成する。本実施形態において、入力信号Ｓは、表示部３０の表示画面に表示される画像の動きを制御するための制御信号に相当する。

制御部２０は、典型的には、コンピュータで構成される。制御部２０は、入力装置１０の一部として構成することも可能であるが、本実施形態では、入力装置１０とは物理的に離間した制御装置に格納されている。上記制御装置は、ゲーム機等の本体機器に対応する。入力装置１０と制御部２０との通信は、有線でもよいし、無線であってもよい。通信方式は特に制限されない。一方、制御部２０は表示部３０と一体的であってもよく、この場合、これら制御部２０および表示部３０は汎用のテレビジョン等に適用される。

［情報処理装置の動作］
次に、本実施形態の情報処理装置１の動作例とともに、入力装置１０を用いた操作入力方法について説明する。

本実施形態の操作入力方法は、操作部材１１１の入力状態を検出する工程を有する。操作部材１１１の入力状態は、操作部材１１１の端子部１１２と、支持基板１１３の端子部１１３ａ，１１３ｂとの接触／非接触に基づいて検出される。入力装置１０は、操作部材１１１の入力状態に関する情報を含む第１の出力信号Ｓ１を生成し、第１の出力部Ｇ１から制御部２０へ出力する。

本実施形態の操作入力方法は、操作部材１１１の周囲に配列された配線電極１１２ｘ，１１２ｙ各々の静電容量を検出する工程をさらに有する。配線電極１１２ｘ，１１２ｙは、検出対象である指Ｆの近接により静電容量が変化する。検出回路１２３は、配線電極１２２ｘ，１２２ｙ各々の静電容量を検出し、操作部材１１１上における指Ｆの位置、姿勢の変化等を検出する。入力装置１０は、指Ｆの位置等に関する情報を含む第２の出力信号Ｓ２を生成し、第２の出力部Ｇ２から制御部２０へ出力する。

そして、本実施形態の操作入力方法は、第１の出力信号Ｓ１と第２の出力信号Ｓ２とに基づいて、入力操作部１１０の入力操作に対応する入力信号を生成する工程を有する。上記入力信号は、制御部２０において生成される。制御部２０は、上記入力信号として、表示部３０の表示画面に表示される画像の動きを制御するための制御信号Ｓを生成する。

本実施形態において、制御部２０は、入力装置１０からの第１の出力信号Ｓ１に基づいて、当該出力信号Ｓ１に対応して予め設定された機能（例えば、コマンドの実行、選択など）を実行するための制御信号を生成し、表示部３０に表示される画像を制御する。

また、制御部２０は、第２の出力信号Ｓ２に基づいて、操作部材１１１上における指Ｆの位置や姿勢（向き）またはそれらの変化を検出し、操作部材１１１を基準とする前後方向（Ｙ軸方向）および左右方向（Ｘ軸方向）に関しての方向指示情報を上記制御信号に付加する。

例えば、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、操作部材１１１を押圧する指Ｆが図において右方側（＋Ｘ方向）にずれている場合を考える。この場合、操作部材１１１をＸ軸方向に挟む配線電極Ｘ０，Ｘ１のうち、左方側に位置する配線電極Ｘ０に比べて、右方側に位置する配線電極Ｘ１の方が指Ｆとの静電結合が強いため、配線電極Ｘ１の静電容量は、配線電極Ｘ０の静電容量よりも大きい。したがって、制御部２０は、配線電極Ｘ０、Ｘ１の静電容量に基づいて、指Ｆが右方側に位置していると判定することができる。

そして、この状態で操作部材１１１の押下げ操作が行われたことを第１の出力信号Ｓ１に基づいて検出すると、制御部２０は、出力信号Ｓ１とＳ２との情報の組み合わせに応じて予め設定された制御信号を生成する。

例えば、従来のサッカーゲームにおいては、キャラクターの方向指示操作とシュートの方向指示操作とに同じ十字キーが用いられる場合、「ある方向に走りながら別の方向へシュートを打つ」といった入力操作が困難であった。本実施形態によれば、シュートボタンに入力装置１０の操作部材１１１が割り当てることで、操作部材１１１の上でシュートを打ちたい方向に指Ｆを意図的にずらしたり傾けたりして操作部材１１１を押下げることにより、上記の操作を簡単に実現することができる。

一方、制御部２０は、操作部材１１１が押下げ操作された状態での指Ｆの移動を検出することができる。この場合、制御部２０は、指Ｆの移動に応じて、生成された制御信号を変化させることができる。

例えば、従来の一人称シューティングゲーム（ＦＰＳ（First Person Shooting）ゲーム）において、キャラクターの方向指示操作と連続射撃操作の照準移動操作とに同じ十字キーが用いられる場合、「連続射撃操作をしながら照準を移動し、かつキャラクターも移動させる」といった操作が困難であった。本実施形態によれば、連続射撃ボタンに入力装置１０の操作部材１１１を割り当てることで、操作部材１１１を押しながら操作部材１１１上で指Ｆを意図的にずらしたり傾けたりして照準を移動させるとともに、十字キーでキャラクターを移動させる操作が可能である。これにより、上記の操作を簡単に実現することができる。

さらに、制御部２０は、第２の出力信号Ｓ２に基づいて、指Ｆの位置、近接距離等を静電的に検出することが可能であるため、操作部材１１１の入力操作の有無に関係なく、第２の出力信号Ｓ２のみで制御信号を生成することができる。

例えば、従来のＦＰＳゲームにおいて、キャラクターの視線の方向指示操作と視界の拡大／縮小操作とが異なるボタンに割り当てられている場合、「視線方向を移動しつつ視界を拡大／縮小する」といった操作が直感的でなく習熟を必要としていた。本実施形態によれば、視線変更ボタンに入力装置１０の操作部材１１１を割り当てることで、以上の操作を簡単に実現することができる。すなわち本実施形態によれば、操作部材１１１の中心位置に対し指Ｆを所定の水平方向へずらしたり傾けたりすることで視線を移動させ、操作部材１１１を押し込むことで視界を拡大し、操作部材１１１から指を離していくことで視界を縮小することができる。

以上のように、本実施形態によれば、操作部材１１１による操作入力だけでなく、ユーザの二次元的な動作に基づくより拡張的な操作入力が可能となる。特に、操作部材１１１上の指Ｆの位置や姿勢の変化に基づいて、表示画面上の画像の動きを制御したり、制御内容（操作の効果）を変更したりすることができる。

また、本実施形態においては、ユーザの二次元的な動作検出に複雑な機構を用いることなく、静電的に検出対象が検出される。これにより、ユーザの二次元的な動作の検出に複雑な構造を要することなく、限られたスペースを利用して高精度に入力動作を検出することができる。さらに、操作部材の入力操作感も損なわれることはない。

さらに、本実施形態では、配線電極１２２ｘ，１２２ｙを支持するシート基材１２１が入力操作部１１０とは別部材で構成されている。このため、シート基材１２１を入力操作部１１０へ装着したときに、各配線電極１２２ｘ，１２２ｙを操作部材１１１の周囲の所定位置へ精度よく位置決めすることができる。また、シート基材１２１に接続端子１２２Ｔが形成されているため、検出回路１２３とは独立して、シート基材１２１および配線電極１２２ｘ，１２２ｙを取り扱うことができる。

＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係る入力装置を示す要部断面図である。本実施形態の入力装置１０Ａは、上述の第１の実施形態において説明した情報処理装置における入力装置として適用される。なお、図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態の入力装置１０Ａにおいて、操作部材１１１は、導体層１１６を有する。導体層１１６は、操作部材１１１上の検出対象（指Ｆ）と、操作部材１１１の周囲に配列された配線電極１２２ｘ，１２２ｙとの間に位置するように操作部材１１１上に形成される。これにより、操作部材１１１の入力操作時に導体層１１６を指とみなすことができるため、配線電極１２２ｘ，１２２ｙによる指Ｆの検出感度が高められる。特に、本実施形態のように、筐体１１４の内面側に配線電極１２２ｘ，１２２ｙが配置され、筐体１１４の構成材料による電界の拡散などの影響により、十分な検出感度を確保できない場合に、顕著な効果を発揮する。

本実施形態では、導体層１１６は、操作部材１１１の表面に形成されるが、これに限られず、操作部材１１１の側面や内部に形成されてもよい。導体層１１６は、導電材料の塗膜で形成されるが、これに限られず、金属フィルムや薄膜等で導体層１１６が形成されてもよい。

本発明者らは、操作部材１１１の表面に導体層１１６を形成した入力装置Ｃ１と、導体層１１６が形成されていないこと以外は入力装置Ｃ１と同一の構成を有する入力装置Ｃ２とを用いて、導体層１１６の有無による配線電極１２２ｘ，１２２ｙの検出感度の違いを測定した。実験では、操作部材１１１の表面中心部の直上位置に、金属製の押子を保持した。市販の熱線補修用導電塗料を操作部材１１１の表面全域に塗布することで、導体層１１６を形成した。操作部材１１１の表面と押子との距離は１ｍｍとした。実験の結果、入力装置Ｃ２と比較して、入力装置Ｃ１の検出感度が１．３〜１．５倍向上することが確認された。

＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態に係る入力装置を示す要部断面図である。本実施形態の入力装置１０Ｂは、上述の第１の実施形態において説明した情報処理装置における入力装置として適用される。なお、図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

一般的に、電子機器の構造上、静電容量センサの電極の近傍に金属部品を配置せざるを得ない場合がある。上記金属部品としては、例えば、筐体の機械的強度を向上させるための金属製シャーシ、輻射電波を遮る電界シールド、電池パックなどが該当する。静電容量センサの電極の近傍に金属部品が存在すると、電極から放射される電界が金属部品に引き寄せられることで、対象物の検出感度が低下し、特に、遠距離での検出感度の低下が著しくなる。

本実施形態の入力装置１０Ｂは、例えば図５に示すように、支持基板１１３とシート基材１２１との間に配置された電界シールド用の金属プレート１１７と、金属プレート１１７とシート基材１２１との間に配置された絶縁シート１１８とを有する。絶縁シート１１８は、誘電率が比較的低い電気絶縁材料で形成され、金属プレート１１７による配線電極１２２ｘ，１２２ｙの検出感度の低下を防止する機能を有する。これにより、配線電極１２２ｘ，１２２ｙの容量検出感度の低下を抑制し、操作部材１１１を操作する指の検出に必要な感度を十分に確保することが可能となる。

＜第４の実施形態＞
図６は、本発明の第４の実施形態に係る入力装置を示す要部の概略平面図である。本実施形態の入力装置５０は、例えばテレビやビデオ等の電子機器に用いられるリモートコントローラ、あるいは、携帯電話等のキーボードとして構成される。

入力装置５０は、ＸＹ平面内においてマトリックス状に複数の押圧式の操作部材（ボタン）５１１が配列された入力操作部５１０と、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に格子状に配列された複数の配線電極５２２ｘ（Ｘ０〜Ｘ３），５２２ｙ（Ｙ０〜Ｙ４）とを有する。入力操作部５１０は、操作部材５１１を収容する筐体５１４と、操作部材５１１を支持する図示しない支持基板（第１の検出回路）とを有し、上記支持基板は筐体５１４の内部に収容されている。配線電極５２２ｘ，５２２ｙは、図示しないシート基材に形成され、筐体５１４の内部に収容されている。上記シート基材は、第１の実施形態と同様に、個々の操作部材５１１に装着されることが可能な孔（装着部）が形成され、筐体５１４の内部に固定されている。さらに、筐体５１４の内部には、配線電極５２２ｘ，５２２ｙ各々の静電容量を検出する検出回路（第２の検出回路）が収容されており、当該検出回路、上記シート基材および配線電極５２２ｘ，５２２ｙにより、容量センサが構成されている。

そして、入力装置５０は、上述の第１の実施形態と同様に、図示しない制御部に対して、操作部材５１１の入力操作に応じた出力信号（第１の出力信号）と、配線電極５２２ｘ，５２２ｙの静電容量に関する情報を含む出力信号（第２の出力信号）とを出力する出力部を有している。

本実施形態の入力装置５０によれば、上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、フリーカーソル画面等において、入力操作部５１０の直上で指を動かすことで、画面上のポインタ（カーソル）の移動を制御することができる。また、ユーザの指が操作しようとする操作部材５１１を静電的に検出することができるため、当該操作部材への入力操作前において当該操作部材に対応する入力操作情報（例えば、選局番号など）を予告表示することができる。

容量センサを構成する配線電極５２２ｘ，５２２ｙの電極形状は、図６に示した例に限られず、更なる検出感度の向上のため、図７〜図１１に示した電極形状を採用してもよい。なおこれらの電極形状は、第１の実施形態における配線電極にも同様に適用することができる。

図７は、各列の配線電極Ｌｘ１，Ｌｙ１の電極幅を、図６に示した配線電極５２２ｘ，５２２ｙの配線幅よりも大きく形成した例を示している。このように、配線幅を大きくすることで電極面積が広くなるため、検出感度の向上を図ることができる。

図８は、各列の配線電極Ｌｘ２，Ｌｙ２の交差部においては配線幅を小さくし、非交差部においては配線幅を大きくした例を示している。これにより、配線電極Ｌｘ２，Ｌｙ２の交差容量を最小化することができるため、セルフキャパシタンス方式の検出方式を採用する上では非常に有効である。

図９は、各列の配線電極Ｌｘ３，Ｌｙ３を図６に示した電極の配線幅と同等としつつ、配線の長手方向と交差する方向へ電極幅を間欠的に拡張した例を示している。これにより、指Ｆが配線電極Ｌｘ３，Ｌｙ３に近接した際の座標検出精度を向上させることができる。すなわち、図９に示す配線電極Ｌｘ３，Ｌｙ３の電極形状によれば、配線電極各々の感度が分散されることで、操作部材（ボタン）５１１の直上のような配線電極間の領域でも指Ｆの検出座標を比較的安定して得ることができる。

図１０は、各列の配線電極Ｌｘ４，Ｌｙ４を操作部材５１１の周囲を囲む略円形状に形成した例を示している。また、図１１は、各列の配線電極Ｌｘ５，Ｌｙ５を操作部材５１１の周囲を囲む円弧形状に形成した例を示している。これらの配線電極は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に略円形または円弧形状の電極パターンを連接させることで形成される。これにより、各操作部材５１１上において指の検出感度を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、セルフキャパシタンス方式の検出原理を利用した容量センサを例に挙げて説明した。これに代えて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各配線電極の交差容量を検出する、いわゆるミューチャルキャパシタンス方式を検出原理とする容量センサにも本発明は適用可能である。

また、以上の実施形態では、操作部材１１１として押圧式の操作ボタンを例に挙げて説明したが、これに代えて、スライドスイッチ、回転ダイヤル、ジョイスティックのような操作レバー等にも適用可能である。

また、以上の実施形態では、円筒形状の操作部材１１１を例に挙げて説明したが、操作部材の形状は上記の例に限られず、例えば図１２〜図１４に示す形状の操作部材６１１が用いられてもよい。なお、図１２〜図１４において第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

すなわち、図示する操作部材６１１は、操作面となる大径の第１の円板部ａと、端子部１１２を有する小径の第２の円板部ｂと、第１の円板部と第２の円板部とを連結する軸部ｃとを有する。図１３は、第２の実施形態の変形例に相当し、第１の円板部ａの裏面側に、配線電極１２２ｘ，１２２ｙの検出感度向上のための導体層１１６を形成した例を示す。導体層１１６は円板部ａの裏面側にのみ形成される場合に限られず、円板部ａの全面に形成されてもよい。さらに、図１４は、第３の実施形態の変形例に相当し、筐体１１４の内部に電界シールド用の金属プレート１１７と、当該金属プレート１１７による検出感度の低下を防止するための絶縁シート１１８を配置した例を示している。これらの構成によっても上述の第１〜第３の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

１…情報処理装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、５０…入力装置
２０…制御部
３０…表示部
１１０、５１０…入力操作部
１１１、５１１…操作部材
１１２、１１３ａ、１１３ｂ…端子部
１１４、５１４…筐体
１１６…導体層
１２０…容量センサ
１２１…シート基材
１２２ｘ、１２２ｙ、５２２ｘ、５２２ｙ…配線電極
１２２Ｔ…接続端子
１２３…検出回路

Claims (6)

1. 機械的に入力操作される操作部材と、前記操作部材の第１の軸方向に沿った入力操作を検出する第１の検出回路とを有する入力操作部と、
   前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向に沿って前記操作部材を挟んで配列され検出対象の近接により静電容量が変化する複数の第１の電極パターンと、前記第１及び第２の軸方向に直交する第３の軸方向に沿って前記操作部材を挟んで配列され検出対象の近接により静電容量が変化する複数の第２の電極パターンと、前記複数の第１及び第２の電極パターン各々の静電容量を検出する第２の検出回路とを有する容量センサと、
   前記第１の検出回路の出力と前記第２の検出回路の出力とに基づいて、前記入力操作と、前記操作部材上における前記検出対象の前記第２及び第３の軸方向に沿った位置とを判定し、その判定結果に応じて表示装置に表示される画像の動きを制御するための制御信号を生成する制御部と
   を具備する情報処理装置。
2. 請求項１に記載の情報処理装置であって、
   前記容量センサは、
   前記複数の第１及び第２の電極パターンが形成され、前記操作部材に装着される装着部を有する絶縁性のシート基材と、
   前記シート基材に取り付けられ、前記第２の検出回路へ前記複数の第１及び第２の電極パターンを電気的に接続する接続端子とをさらに有する情報処理装置。
3. 請求項２に記載の情報処理装置であって、
   前記入力操作部は、前記操作部材を支持する支持基板と、前記支持基板と対向し前記操作部材を外部へ露出させる開口を有する筐体とをさらに有し、
   前記シート基材は、前記筐体の内部に設置されている情報処理装置。
4. 請求項３に記載の情報処理装置であって、
   前記第１の検出回路は、
   前記支持基板に形成された第１の端子部と、
   前記第１の端子部と対向するように前記操作部材に形成され、前記入力操作により前記第１の端子部と接触する第２の端子部とを有する情報処理装置。
5. 請求項１に記載の情報処理装置であって、
   前記操作部材は、前記操作部材上の前記検出対象と前記複数の第１及び第２の電極パターンとの間に形成された導体層をさらに有する情報処理装置。
6. 入力操作部に配置され機械的に入力操作される操作部材の入力状態を第１の検出回路で検出し、
   前記操作部材の周囲に配列され検出対象と静電結合可能な複数の電極各々の静電容量を第２の検出回路で検出し、
   前記第１の検出回路の出力と前記第２の検出回路の出力とに基づいて、前記入力操作部の入力状態と、前記操作部材上における検出対象の位置とを判定し、その判定結果に応じて表示装置に表示される画像の動きを制御するための制御信号を生成する
   操作入力方法。

Images