JP6121242B2

JP6121242B2 - 入力装置

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Publication number: JP6121242B2
Application number: JP2013110498A
Authority: JP
Inventors: 阿部　伸也; 伸也阿部
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-05-27
Also published as: JP2014229223A

Description

本発明は、上面及び側壁面を有する操作体と、静電容量センサとを有し、操作体に対する操作を容量変化に基づいて検出可能な入力装置に関する。

特許文献１に記載された発明には、回転自在に支持された操作体と、操作体（操作ノブ）の上面（天面部）の裏側に配置された静電容量式センサと、を有し、操作体の回転操作とともに、操作体の上面に対する手指の接近又は接触を検出することが可能な入力装置が開示されている。

操作体の回転操作については、操作体の上面の外周に位置する側壁面（特許文献１の外輪部２２ａ）を掴みながら行うことができる。

特開２０１２−２２１９０４号公報

従来の入力装置の構成では、操作体の側壁面に対する操作を、上面検出用の静電容量センサにより検出することが困難であった。したがって、側壁面に対して上面検出用の静電容量センサとは別のセンサを設けることで、側壁面に対する操作を検出することが可能になるが、生産コストが増大し、また入力装置の内部構造が煩雑化し、さらに入力装置の小型化を適切に促進できない問題もあった。

また従来では、側壁面を上面の上方から手で掴んでいるのか、あるいは、側壁面に偶発的に手が触れただけなのかを区別して検出することができなかった。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、操作体の側壁面に対する操作についても、上面検出用の静電容量センサにより検出可能とした入力装置を提供することを目的としている。

本発明における入力装置は、
上面及び前記上面の外周に位置する側壁面を有する操作体と、
前記上面の裏側に配置され、検出エリアが前記上面と対向している静電容量センサと、
前記静電容量センサの容量変化に基づいて検出信号を発生する制御部と、を有し、
前記上面は、前記上面に対する第１の操作により、前記静電容量センサの静電容量が変化して前記第１の操作を検出することが可能な第１の操作面とされ、
前記側壁面は、前記静電容量センサと容量結合した浮遊導体部により構成され、前記側壁面に対する操作により、前記静電容量センサの静電容量が変化して前記側壁面に対する操作を検出することが可能な第２の操作面とされ、前記側壁面に対する操作は、前記第２の操作面を前記第１の操作面の上方から掴んだ第２の操作であり、
前記静電容量センサは、平面内の第１の方向に間隔を空けて配置された複数本の第１の電極パターンと、前記第１の方向に対して交差する平面内の第２の方向に間隔を空けて前記第１の電極パターンと非接触にて配置された複数本の第２の電極パターンとを有して構成されており、
前記制御部は、互いに交差していない電極パターンを駆動電極と検出電極とする第１のスキャンモードと、互いに交差する電極パターンを駆動電極と検出電極とする第２のスキャンモードと、を切り換え可能であり、
前記第１のスキャンモードにて得られる検出信号が第１の閾値よりも大きく、前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号が第２の閾値よりも小さいとき、前記第２の操作が検出され、
前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号が、前記第２の閾値よりも大きいときに、前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号に基づいて、前記第１の操作面上にて入力操作する前記第１の操作が検出されることを特徴とするものである。このように本発明では、操作体の側壁面を、検出エリアが第１の検出面（上面）と対向している静電容量センサと容量結合した浮遊導体部により構成することで、第１の操作面（上面）に対する操作検出用の前記静電容量センサとは別のセンサを用いずとも、浮遊導体部の側面を第２の操作面とすることが可能になる。よって生産コストの増加、及び入力装置の内部構造の煩雑化を抑制でき、さらに入力装置の小型化を適切に促進できる。

また、本発明では、第２のスキャンモードにより、第１の操作にて得られる検出信号と側壁面に対する操作にて得られる検出信号とが異なるため、各操作を検出信号に基づいて判別することが可能である。

例えば、前記第１のスキャンモードは、第１の電極パターンと第２の電極パターンのいずれか一方に、駆動電極と検出電極を設定する。

または、前記第１のスキャンモードは、第１の電極パターンと第２の電極パターンの一方を駆動電極とし、他方で且つ前記駆動電極と交差しないものを検出電極とする。

あるいは、本発明における入力装置は、
上面及び前記上面の外周に位置する側壁面を有する操作体と、
前記上面の裏側に配置され、検出エリアが前記上面と対向している静電容量センサと、
前記静電容量センサの容量変化に基づいて検出信号を発生する制御部と、を有し、
前記上面は、前記上面に対する第１の操作により、前記静電容量センサの静電容量が変化して前記第１の操作を検出することが可能な第１の操作面とされ、
前記側壁面は、前記静電容量センサと容量結合した浮遊導体部により構成され、前記側壁面に対する操作により、前記静電容量センサの静電容量が変化して前記側壁面に対する操作を検出することが可能な第２の操作面とされ、前記側壁面に対する操作は、前記第２の操作面を前記第１の操作面の上方から掴んだ第２の操作であり、
前記静電容量センサは、平面内の第１の方向に間隔を空けて配置された複数本の第１の電極パターンと、前記第１の方向に対して交差する平面内の第２の方向に間隔を空けて前記第１の電極パターンと非接触にて配置された複数本の第２の電極パターンとを有して構成されており、
前記制御部は、互いに交差していない電極パターンを駆動電極と検出電極とする第１のスキャンモードと、互いに交差する電極パターンを駆動電極と検出電極とする第２のスキャンモードと、を切り換え可能であり、
前記第１のスキャンモードにて得られた検出信号の時間に対する変化量に基づいて前記第２の操作か否かが判別され、
前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号に基づいて、前記第１の操作面上にて入力操作する前記第１の操作が検出されることを特徴とするものである。

上記において、前記第１のスキャンモードにて得られた検出信号の時間に対する変化量が、緩やかに大きくなる第１の変化状態であるとき、前記第２の操作として判断し、前記変化量が、前記第１の変化状態に比べて急激に大きくなる第２の変化状態であるとき、前記第２の操作面に横方向から操作物体が触れた状態として判断することができる。このように、検出信号の時間に対する変化量が、緩やかに大きくなるか、急激に大きくなるかで、第２の操作か、あるいは偶発的に第２の操作面に操作物体（手指等）が触れた状態であるかを、精度よく判別することができる。

または、本発明における入力装置は、
上面及び前記上面の外周に位置する側壁面を有する操作体と、
前記上面の裏側に配置され、検出エリアが前記上面と対向している静電容量センサと、
前記静電容量センサの容量変化に基づいて検出信号を発生する制御部と、を有し、
前記上面は、前記上面に対する第１の操作により、前記静電容量センサの静電容量が変化して前記第１の操作を検出することが可能な第１の操作面とされ、
前記側壁面は、前記側壁面を前記第１の操作面の上方から掴んだ第２の操作により、前記静電容量センサの静電容量が変化して前記第２の操作を検出することが可能な第２の操作面とされており、
前記静電容量センサは、平面内の第１の方向に間隔を空けて配置された複数本の第１の電極パターンと、前記第１の方向に対して交差する平面内の第２の方向に間隔を空けて前記第１の電極パターンと非接触にて配置された複数本の第２の電極パターンとを有して構成されており、
前記制御部は、前記第１の電極パターン及び前記第２の電極パターンのいずれか一方のみで駆動電極と検出電極とを設定する第１のスキャンモードと、前記第１の電極パターン及び前記第２の電極パターンの一方を駆動電極とし他方を検出電極とする第２のスキャンモードと、を切り換え可能であり、
前記第１のスキャンモードにて得られる検出信号が第１の閾値よりも大きく、前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号が第２の閾値よりも小さいとき、前記第２の操作が検出され、
前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号が、前記第２の閾値よりも大きいときに、前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号に基づいて、前記第１の操作面上にて入力操作する前記第１の操作が検出されることを特徴とするものである。本発明では、第１の操作面（上面）に対する操作検出用の前記静電容量センサとは別のセンサを用いずとも、駆動電極と検出電極との配置が異なる第１のスキャンモードと第２のスキャンモードとを切り換えることで、第１の操作及び第２の操作の別を判別することができる。なおこの発明では、操作体の側壁部に浮遊導体部が設けられていない形態も含まれる。

また本発明では、前記操作体は回転可能に支持されており、
前記操作体の回転を検知する回転検出部を備えており、
前記操作体を回転操作する際に、前記第２の操作面を前記第１の操作面の上方から掴んだ前記側壁面に対する操作が第２の操作として検出されることが好ましい。

上記において、前記第２の操作の検出と、前記回転検出部からの検出信号に基づいて、前記制御部は、前記操作体の回転検出信号を出力することができる。

本発明における第１の入力装置によれば、操作体の側壁面に静電容量センサと容量結合した浮遊導体部を設けることで、第１の操作面（上面）に対する操作検出用の前記静電容量センサとは別のセンサを用いずとも、浮遊導体部の側面を第２の操作面とすることが可能になる。

また本発明における第２の入力装置によれば、第１の操作面（上面）に対する操作検出用の前記静電容量センサとは別のセンサを用いずとも、駆動電極と検出電極との配置が異なる第１のスキャンモードと第２のスキャンモードとを切り換えることで、第１の操作及び第２の操作の別を判別することができる。

図１は、本実施形態における入力装置を備えたセンターコンソールの正面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って第１の実施形態の入力装置を切断し矢印方向から見た部分縦断面図である。図３は、本実施形態における入力装置のブロック図である。図４は、静電容量センサの平面図であり、特に第１のスキャンモードについての説明図である。図５は、図４とは異なる電極パターンを示す部分拡大平面図である。図６は、静電容量センサの平面図であり、特に第２のスキャンモードについての説明図である。図７（ａ）は、操作体の第１の操作面（上面）に指を接触させた入力操作（第１の操作；上面入力操作）を示す部分縦断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の際、第１のスキャンモードで得られる検出信号を示す模式図である。図８（ａ）は、操作体の第２の操作面（側面）に指が接触した状態を示す部分縦断面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の際、第１のスキャンモードで得られる検出信号を示す模式図である。図９（ａ）は、操作体の第２の操作面（側面）を第１の操作面（上面）の上方から掴んだ操作（第２の操作；グリップ操作）を示す部分縦断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の際、第１のスキャンモードで得られる検出信号を示す模式図である。図１０（ａ）は、操作体の第１の操作面（上面）に指を接触させた入力操作（第１の操作；上面入力操作）を示す部分縦断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の際、第２のスキャンモードで得られる検出信号を示す模式図である。図１１（ａ）は、操作体の第２の操作面（側面）に指が接触した状態を示す部分縦断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の際、第２のスキャンモードで得られる検出信号を示す模式図である。図１２（ａ）は、操作体の第２の操作面（側面）を第１の操作面（上面）の上方から掴んだ操作（第２の操作：グリップ操作）を示す部分縦断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の際、第２のスキャンモードで得られる検出信号を示す模式図である。図１３は、上面入力操作とグリップ操作とを検出するための第１のフローチャート図である。図１４は、上面入力操作とグリップ操作とを検出するための第２のフローチャート図である。図１５は、上面入力操作とグリップ操作とを検出するための第３のフローチャート図である。図１６は、上面入力操作とグリップ操作とを判別するための、検出信号の時間に対する変化量を示すグラフである。図１７は、図２とは異なる構造（第２の実施形態）を示す入力装置の部分縦断面図である。

図１は、本実施形態における入力装置を備えたセンターコンソールの正面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って入力装置を切断し矢印方向から見た部分縦断面図である。

図１に示すセンターコンソール１は、車両の運転席と助手席の間に配置され、表面には各種入力をなす入力装置２が配置されている。

図２に示すように入力装置２は、略円柱状を成し、センターコンソール１の表面から突出する操作体１０を有して構成される。操作体１０を周方向に沿って回転操作できる。また操作体１０を、センターコンソール１の表面に対し垂直方向に押圧操作することができる。

図２に示すように操作体１０は、上面部１１と、上面部１１の外周に位置する側壁部１２とを有して構成される。上面部１１は、樹脂等の円形状の絶縁基板である。上面部１１の表面（上面）は、第１の操作面１１ａを構成している。第１の操作面１１ａは、平面（Ｘ方向とＹ方向にて形成される面）と平行な面である。ただし、第１の操作面１１ａは平面でなく湾曲等していてもよい。

図２に示すように、上面部１１の裏側には静電容量センサ１３が配置されている。静電容量センサ１３の表面は、検出エリア１３ａであり、検出エリア１３ａは第１の操作面１１ａと対向している。検出エリア１３ａは、平面（Ｘ方向とＹ方向にて形成される面）と平行な面であり、図２に示すように、第１の操作面１１ａと検出エリア１３ａとは平行とされる。ただし、検出エリア１３ａは、第１の操作面１１ａの形態に合わせて湾曲していてもよいし、あるいは、第１の操作面１１ａ及び検出エリア１３ａの一方が平面で他方が湾曲面とされていてもよい。第１の操作面１１ａに、操作者の指を接近または接触させると、静電容量センサ１３の電極と指との間に静電容量が形成され、電極に流れる電流量が変化する。電流量が変化した電極を検知しその位置を特定することで、第１の操作面１１ａで指が接近している入力操作位置（座標位置）を検出することができる。

図２に示す実施形態では、操作体１０を構成する側壁部１２は上面部１１と別体で形成され、側壁部１２と静電容量センサ１３との間には間隔Ｔ１が空いている。側壁部１２は上面部１１に対して垂直方向に設けられていてもよいし、あるいは斜めに設けられていてもよい。側壁部１２は静電容量センサ１３と容量結合した浮遊導体部１４として機能する。浮遊導体部１４は、側壁部１２の全体を金属で形成すること、または側壁部１２を合成樹脂で形成し表面に金属メッキを施すこと、あるいは側壁部１２を導電性樹脂等で形成することで構成されている。また、側壁部１２と上面部１１とが合成樹脂材料で一体に形成され、側壁部１２の表面に金属メッキが施されて浮遊導体部１４が形成されてもよい。

図１に示す実施の形態では、浮遊導体部１４は、静電容量センサ１３の周囲を囲むようにして設けられているが、浮遊導体部１４が、静電容量センサ１３の周囲の全周でなく一部分のみに設けられる構成としてもよい。

図２に示すように、操作体１０の内部１０ａに、静電容量センサ１３を支持する支持部材１５が設けられ、支持部材１５よりも下側の領域に、回転検出部１８が設けられている。操作体１０は回転支持部材１９に回転自在に支持されており、操作体１０を回転操作すると、操作体１０と一体となって回転検出部１８も回転する。ただし、静電容量センサ１３及びそれを支持する支持部材１５は回転しない。

図２に示すように、回転検出部１８には突形状または貫通穴などの検出要素１９ａが一定のピッチで円周方向に配列して設けられている。回転支持部材１９には、前記検出要素１９ａを検知する光学センサや磁気センサが設けられ、回転検出部１８の回転数（回転角度）を検知できるようになっている。なお、位相をずらした２組の検出要素１９ａとそれぞれの検出要素１９ａを検知する光学センサまたは磁気センサが設けられて、回転検出部１８の回転方向を検知できるようにすることが好ましい。

図３に示すように、入力装置２には、第１の操作面１１ａと第２の操作面１４ａが設けられる。第１の操作面１１ａは、図２に示す静電容量センサ１３の上に位置する上面部１１の上表面であり、第２の操作面１４ａは、静電容量センサ１３と容量結合した浮遊導体部１４の表面（側壁面）である。第２の操作面１４ａは、第１の操作面１１ａに対して垂直方向（Ｚ）に設けられても、斜め方向に傾いていてもどちらでもよい。

この入力装置２によれば、第１の操作面１１ａに指などの操作物体を接触あるいは接近させたとき、及び第２の操作面１４ａに指などの操作物体を接触あるいは接近させたとき、静電容量センサ１３による容量変化に基づいて図３に示す制御部２０にて検出信号を発生させることが可能である。したがって第２の操作面１４ａの検出用として静電容量センサ１３と別のセンサを用意する必要がなく、第１の操作面１１ａ及び第２の操作面１４ａに対して共通の静電容量センサ１３を用いることができる。よって生産コストを低減でき、また入力装置２の内部構造が煩雑にならず、更に入力装置２の小型化を実現できる。

制御部２０にて得られた検出信号は、入力装置２と電気的に接続された機器本体２１に送られ、機器本体２１では、検出信号に基づいて、例えば、カーナビゲーション画面の表示等を変更することができる。なお機器本体２１は、入力装置２の構成部ではないので、図３では機器本体２１を点線で示した。

図３に示すように回転検出部１８は、制御部２０と接続されており、制御部２０では、回転検出部１８にて得られた検出結果に基づいて回転数や回転量等の情報信号を機器本体２１に送信する。機器本体２１では、制御部２０からの情報信号に基づいて、表示された画面メニューを順々に移動させたり、あるいは、ボリュームの上げ下げ等を実行できる。

図４は、静電容量センサ１３の平面図である。図４に示す静電容量センサ１３は薄いシート状（平板状）である。静電容量センサ１３は、平面内のＸ方向（第１の方向）に間隔を空けてＸ方向と直交する平面内のＹ方向（第２の方向）に直線状に延出する複数本の第１の電極パターン２２と、Ｙ方向に間隔を空けてＸ方向に直線状に延出する複数本の第２の電極パターン２３とを有して構成される。第１の電極パターン２２及び第２の電極パターン２３はそれぞれ、別々の絶縁基材の表面に形成され、各絶縁基材の間に絶縁層（粘着層）が介在している。したがって第１の電極パターン２２と第２の電極パターン２３とは、非接触の状態とされている。各絶縁基材は、樹脂フィルム、プラスチック、ガラス等で形成できる。静電容量センサ１３は、透明であっても有色であってもどちらでもよい。静電容量センサ１３を透明にする場合、各電極パターンをＩＴＯ等の透明導電材料で形成することが必要である。

図５には、一つの絶縁基材の表面に第１の電極パターン２２と第２の電極パターン２３とが形成された静電容量センサが示されている。この静電容量センサは、絶縁基板の１つの表面に、幅広の電極部２２ａと、各電極部２２ａ間を繋ぐ幅細の接続部２２ｂとで第１の電極パターン２２が構成される。同じ表面に、幅広の電極部２３ａと、各電極部２３ａ間を繋ぐ幅細の接続部２３ｂとで第２の電極パターン２３が構成される。そして第１の電極パターン２２と第２の電極パターン２３の各接続部２２ｂ，２３ｂの位置が絶縁層２４を介して高さ方向で重なっている。

この静電容量センサ１３では、第１のスキャンモード（近接スキャンモード）と、第２のスキャンモード（通常スキャンモード）とを設定することが可能である。

図４は、駆動電極（ドライブ電極）２６と検出電極（センス電極）２７をともに第１の電極パターン２２に設定した第１のスキャンモード（近接スキャンモード）を示している。第１のスキャンモードでは、駆動電極２６と検出電極２７とが平行関係になっている。また、駆動電極２６と検出電極２７とが最も遠くなるように、最も離れた第１の電極パターン２２同士にて駆動電極２６と検出電極２７とが設定されている。

また、駆動電極２６及び検出電極２７を第２の電極パターン２３に設定することも可能である。

図６は、第１の電極パターン２２に駆動電極（ドライブ電極）２６を設定し、第２の電極パターン２３に検出電極（センス電極）２７を設定した第２のスキャンモード（通常スキャンモード）を示している。第２のスキャンモードでは、駆動電極２６と検出電極２７とが直交関係になっている。

図７（ａ）は、第１の操作面（上面）１１ａに指Ｆを接触させた上面入力操作を示している。この明細書において上面入力操作は、「第１の操作」である。

図４で示した第１のスキャンモード（近接スキャンモード）のときに、図７（ａ）の上面入力操作を行うと、図７（ｂ）に示すように制御部２０にて得られる検出信号Ｓ１は、静電容量センサ１３の検出エリア１３ａの広い範囲で発生し、検出信号Ｓ１の信号強さはＨ１であり、しきい値ＬＶ１よりも大きくなっている。

駆動電極２６にパルス状の電圧が与えられると、検出電極２７から電流を得ることができる。このとき図７（ａ）に示すように指Ｆを第１の操作面１１ａに接触させた状態と指Ｆを離した状態とでは、電流値が変化する。この電流値の変化に基づいて、制御部２０では検出信号Ｓ１を発生させることができるが、駆動電極２６と検出電極２７とが平行関係にある第１のスキャンモードでは、静電容量センサ１３の検出エリア１３ａの広い範囲にわたって信号強さＨ１の検出信号Ｓ１が得られる。図７（ａ）に示すように、第１のスキャンモードでは、第１の操作面１１ａに指が近づいたか否かの検知のみが行われ、第１の操作面１１ａ上での指Ｆの接触位置の座標検出は行われない。

図８（ａ）は、浮遊導体部１４の側壁面である第２の操作面１４ａに指Ｆが触れた状態を示している。図８（ａ）は、指Ｆ（操作物体）が偶発的に浮遊導体部１４に横から接触、あるいは近接した導体タッチ状態を示している。

図４で示した第１のスキャンモード（近接スキャンモード）のときに、図８（ａ）の導体タッチ状態が起こると、図８（ｂ）に示すように制御部２０にて得られる検出信号Ｓ２は、静電容量センサ１３の検出エリア１３ａの広い範囲で発生し、このとき、検出信号Ｓ２の信号強さはＨ２となっている。この信号強さＨ２は、図７（ｂ）に示す、上面入力操作（第１の操作）の際に生じる信号強さＨ１よりも小さく、しきい値ＬＶ１よりも小さい。

浮遊導体部１４の表面（側壁面）である第２の操作面１４ａと静電容量センサ１３の検出エリア１３ａとは対向していないが、浮遊導体部１４は静電容量センサ１３と容量結合した状態にあるため、第２の操作面１４ａに指Ｆが触れると、静電容量センサ１３に容量変化が生じ、その容量変化は、図７（ａ）に示す上面入力操作のときに比べて小さくなり、図７（ａ）の導体タッチ状態にて生じる検出信号Ｓ２の信号強さＨ２（図８（ｂ））は、図７（ａ）の上面入力操作で生じる検出信号Ｓ１の信号強さＨ１（図７（ｂ））よりも小さくなる。

図９（ａ）は、第１の操作面１１ａの上方から第２の操作面１４ａを指Ｆで掴んだグリップ操作を示している。この明細書において、グリップ操作は、「第２の操作」である。

図４で示した第１のスキャンモード（近接スキャンモード）のときに、図９（ａ）に示すグリップ操作を行うと、図９（ｂ）に示すように制御部２０にて得られる検出信号Ｓ３は、静電容量センサ１３の検出エリア１３ａの広い範囲で発生し、このとき、検出信号Ｓ３の信号強さはＨ３となり、しきい値ＬＶ１よりも大きくなる。この信号強さＨ３は、図８（ｂ）に示す、導体タッチ状態の際に生じる信号強さＨ２よりも強い。また、検出信号Ｓ３の信号強さＨ３は、図７（ａ）での上面入力操作の際に発生する検出信号Ｓ１の信号強さＨ１（図７（ｂ））とほぼ同等か、信号強さＨ１に近い値となる。

第２の操作面１４ａに指Ｆが触れると、浮遊導体部１４と容量結合した静電容量センサ１３には容量変化が生じるが、図９（ａ）では、手のひら３０が第１の操作面１１ａの上方に位置し、図４に示す第１のスキャンモードでの駆動電極２６と検出電極２７との間の広い範囲にわたって容量変化が生じやすい。したがって、図９（ａ）に示すグリップ操作では、図８（ａ）での導体タッチ状態に比べて静電容量センサ１３の容量変化が大きくなり、図９（ａ）のグリップ操作にて生じる検出信号Ｓ３の信号強さＨ３は、図８（ａ）の導体タッチ状態で生じる検出信号Ｓ２の信号強さＨ２よりも大きくなる。一方、図９（ｂ）での検出信号Ｓ３の信号強さＨ３は、図７（ｂ）での検出信号Ｓ１の信号強さＨ１とほぼ同等か、それに近いために、第１のスキャンモード（近接スキャンモード）では、図７（ａ）の上面入力操作（第１の操作）と、図９（ａ）のグリップ操作（第２の操作）とを区別することは困難である。

駆動電極２６と検出電極２７とが平行に配置された第１のスキャンモード（近接スキャンモード）では、駆動電極２６と検出電極２７との結合は弱く、駆動電極２６と検出電極２７との間で生じる容量変化は小さくなりやすい。図７（ａ）に示す上面入力操作（第１の操作）や図９（ａ）に示すグリップ操作（第２の操作）では、指Ｆや手のひら３０の接触あるいは近接による駆動電極２６と検出電極２７との間での容量変化が大きくなり、検出信号Ｓ１，Ｓ３の信号強さＨ１，Ｈ３は、第２の操作面１４ａ（浮遊導体部１４の表面）を横から触る導体タッチ状態（図８（ａ））にて得られる検出信号Ｓ２の信号強さＨ２に比べて強くなるが、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）に示すようにいずれの操作の場合でも静電容量センサ１３の検出エリア１３ａの広い範囲にわたって検出信号Ｓ１，

なお、第１のスキャンモード（近接スキャンモード）は、駆動電極（ドライブ電極）２６と第２の電極パターン２３とを互いに交差させないように設定すればよいのであり、例えば、図４において破線の符号で示しているように、第１の電極パターン２２に駆動電極（ドライブ電極）１２６を設定し、駆動電極（ドライブ電極）１２６と交差していない第２の電極パターン２３に検出電極（センス電極）１２７に設定してもよい。

図１０（ａ）は、図７（ａ）と同様に、第１の操作面（上面）１１ａに指Ｆを接触あるいは近接させた上面入力操作（第１の操作）を示しているが、図１０（ａ）では、上面入力操作を図６に示す第２のスキャンモード（通常スキャンモード）で検出している。

図６に示す第２のスキャンモードでは、駆動電極２６と検出電極２７とが直交した関係にある。図６で示した第２のスキャンモード（通常スキャンモード）のときに、図１０（ａ）の上面入力操作を行うと、図１０（ｂ）に示すように、制御部２０にて得られる検出信号Ｓ４は、指Ｆの入力操作位置３１に得られる。このように検出信号Ｓ４は、検出エリア１３ａの狭い範囲で発生し、検出信号Ｓ４の最大信号強さはＨ４となっている。

第２のスキャンモードでは、駆動電極２６と検出電極２７とが直交関係にあり、駆動電極２６にパルス状の電圧が与えられると、検出電極２７から電流を得ることができる。このとき図１０（ａ）に示すように指Ｆを第１の操作面１１ａに触れた状態と指Ｆを離した状態とでは、電流値が変化する。よって第１の電極パターン２２にパルス状の電圧を与えた状態で、順次、各第２の電極パターン２３の時定数の変化を検知し、この時定数変化の連続検知を、各第１の電極パターン２２に電圧を順に与えながら行うことで、検出信号Ｓ４を得ることができる。なお、第２の電極パターン２３を駆動電極２６とし、第１の電極パターン２２を検出電極２７とすることもできるし、第１の電極パターン２２及び第２の電極パターン２３の双方を、駆動電極２６及び検出電極２７（駆動電極２６と検出電極２７とを第１の電極パターン２２と第２の電極パターン２３との間で入れ替える）とすることもできる。

第２のスキャンモード（通常スキャンモード）では、第１の操作面１１ａ上における指Ｆの入力操作位置３１を座標位置として検出することができる。

図１１（ａ）は、図８（ａ）と同様に、導体タッチ状態を示しているが、図１１（ａ）では、導体タッチ状態を図６に示す第２のスキャンモード（通常スキャンモード）で検出している。

図６で示した第２のスキャンモード（通常スキャンモード）のときに、図１１（ａ）の導体タッチ状態が作用すると、図１１（ｂ）に示すように制御部２０にて得られる検出信号Ｓ５は、静電容量センサ１３の検出エリア１３ａの広い範囲で発生し、検出信号Ｓ５の信号強さはＨ５となっている。この信号強さＨ５は、図１０（ｂ）に示す、上面入力操作（第１の操作）の際に生じる信号強さＨ４よりも小さい。

図１２（ａ）は、図９（ａ）と同様に、グリップ操作（第２の操作）を示しているが、図１２（ａ）では、グリップ操作を図６に示す第２のスキャンモード（通常スキャンモード）で検出している。

図６で示した第２のスキャンモード（通常スキャンモード）のときに、図１２（ａ）のグリップ操作を行うと、図１２（ｂ）に示すように制御部２０にて得られる検出信号Ｓ６は、静電容量センサ１３の検出エリア１３ａの広い範囲で発生し、検出信号Ｓ６の信号強さはＨ６となっている。この信号強さＨ６は、図１０（ｂ）に示す、上面入力操作（第１の操作）の際に生じる検出信号Ｓ４の信号強さＨ４よりも小さく、また、図１１（ｂ）に示す、検出信号Ｓ５の信号強さＨ５とほぼ同等か、信号強さＨ５に近い値となる。

駆動電極２６と検出電極２７とが直交に配置された第２のスキャンモード（通常スキャンモード）では、駆動電極２６と検出電極２７との結合が強く、結合位置から離れた位置での結合変化要因では容量変化が小さくなる。よって図１１（ａ）の導体タッチ状態や図１２（ａ）に示すグリップ操作では、図１０（ａ）に示す上面入力操作に比べて容量変化が小さくなり、検出信号Ｓ５，Ｓ６は小さくなる。図１２（ａ）に示すグリップ操作（第２の操作）では、手のひら３０が第１の操作面１１ａの上方に位置するため、図１１（ａ）の導体タッチ状態に比べて容量変化が大きくなりやすいが、手のひら３０は第１の操作面１１ａから離れた位置にあるため、さほど大きな容量変化を及ぼさない。よって図１２（ａ）でのグリップ操作にて得られる検出信号Ｓ６の信号強さＨ６（図１２（ｂ））は、図１１（ａ）での導体タッチ状態にて得られる検出信号Ｓ５の信号強さＬＶ５（図１１（ｂ））と比べてやや大きくなっても、その差は小さく、第２のスキャンモード（通常スキャンモード）では、指Ｆなどが浮遊導体部１４の側壁面である第２の操作面１４ａに接触あるいは近接していることはわかっても、それが導体タッチ状態かグリップ操作（第２の操作）なのか判別しにくい。

図７ないし図１２に示す検出信号に基づいて、上面入力操作（第１の操作）及びグリップ操作（第２の操作）を、図１３のフローチャートを用いて判別することが可能である。

図１３のフローチャートでは、ステップＳＴ１で図４に示す第１のスキャンモード（近接スキャンモード）と、ステップＳＴ２で図６に示す第２のスキャンモード（通常スキャンモード）とを常に繰り返し実行している。

図１３のステップＳＴ３では、第１のスキャンモードで得られた検出信号が第１の閾値ＬＶ１以上であるか否かを判別する。図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）が第１のスキャンモードで得られた各検出信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を示しているが、第１の閾値ＬＶ１は、ちょうど検出信号Ｓ１，Ｓ３の信号強さＨ１，Ｈ３と、検出信号Ｓ２の信号強さＨ２との間の大きさに設定される。

ステップＳＴ３で、検出信号の強さが、第１の閾値ＬＶ１よりも大きいとき、図７（ｂ）に示す上面入力操作（第１の操作）での検出信号Ｓ１か、図９（ｂ）に示すグリップ操作（第２の操作）での検出信号Ｓ３のどちらかであり、ステップＳＴ４に移行する。一方、ステップＳＴ３で、検出信号の強さが、第１の閾値ＬＶ１よりも小さいとき、図８（ｂ）に示す導体タッチ状態や第１の操作面１１ａ及び第２の操作面１４ａに操作物体が接触も近接もしていない状態などであり、少なくとも上面入力操作（第１の操作）及びグリップ操作（第２の操作）ではないと判断できる。

次に、ステップＳＴ４では、第２のスキャンモード（通常スキャンモード）にて検出信号の有無を判断する。検出信号が得られたらステップＳＴ５に移行する。

次にステップＳＴ５では、図１０（ｂ）に示す検出信号Ｓ４であるか否かを判別する。すなわち検出エリア１３ａの狭い範囲に第２の閾値ＬＶ２よりも大きい検出信号Ｓ４が得られたか否かを判断する。もし検出エリア１３ａの狭い範囲に第２の閾値ＬＶ２よりも大きい検出信号が得られたら、それは図１０（ｂ）に示す検出信号Ｓ４であると認定でき、したがって図１０（ａ）に示す上面入力操作（第１の操作）であると判断することができる（ステップＳＴ６）。

一方、ステップＳＴ５で、第２の閾値ＬＶ２よりも小さい検出信号が検出エリア１３ａの広い範囲で得られた場合、それは図１０（ｂ）に示す検出信号Ｓ６であり、図１２（ａ）に示すグリップ操作（第２の操作）であると判断することができる（ステップＳＴ７）。

図１４に示すフローチャートは、図１３と一部、異なって、第１のスキャンモード（近接スキャンモード）を繰り返し実行し、操作物体（手など）が近づいたことを検知したら、第２のスキャンモード（通常スキャンモード）を開始するように制御されている。

すなわち図１４に示すステップＳＴ８では、まず第１のスキャンモード（近接スキャンモード）を行い、得られた検出信号が第１の閾値ＬＶ１よりも大きければ（ステップＳＴ９）、第２のスキャンモード（通常スキャンモード）を行うが（ステップＳＴ１０）、第１のスキャンモードにて得られた検出信号が第１の閾値ＬＶ１よりも小さいとき、図８（ａ）に示す導体タッチ状態か、あるいは手が第１の操作面１１ａ及び第２の操作面１４ａに近づいていない状態であり、第１のスキャンモードにて得られた検出信号が第１の閾値ＬＶ１よりも大きくならない限り第１のスキャンモードを繰り返し行う。

図１４に示すようにステップＳＴ１０で第２のスキャンモード（通常スキャンモード）を行った後のステップについては図１３と同様のステップＳＴ４〜ＳＴ７に移行する。

図１５は、図１３及び図１４と異なるフローチャートを示している。

図１５のステップＳＴ１１では、第１のスキャンモード（近接スキャンモード）を実行する。このとき得られた検出信号の時間に対する変化量を測定し、図１６に示すように変化量が緩やかに大きくなる変化状態（第１の変化状態）の信号Ｓ１０であるか、あるいは、第１の変化状態に比べて急激に大きくなる変化状態（第２の変化状態）の信号Ｓ１１であるかを判別する。

図１６に示すように経過時間ｔのときに信号の強さがＬＶ３以上か、あるいはＬＶ３以下かで信号Ｓ１０，Ｓ１1の別を判断することができる。

図１６に示すように変化量が急激に大きくなる信号Ｓ１１が得られたとき、図８（ａ）に示すように、指Ｆが浮遊導体部１４の側壁面である第２の操作面１４ａに横から接触した状態（導体タッチ状態）であると判断できる（ステップＳＴ１３）。

一方、図１６に示す信号Ｓ１０のように変化量が緩やかである信号Ｓ１０が得られたとき、図９（ａ）に示すように、第１の操作面１１ａの上方から第２の操作面１４ａを掴んだグリップ操作（第２の操作）であると判断できる（ステップＳＴ１４）。

図９（ａ）に示すグリップ操作（第２の操作）の場合、手のひら３０が第１の操作面１１ａの上方から徐々に近づいてくるため、静電容量センサ１３の静電容量も徐々に変化し、したがってグリップ操作の場合は、図１６に示すように、緩やかに変化する信号Ｓ１０を得ることができる。一方、図８（ａ）に示すように浮遊導体部１４に対して横から指Ｆなどが触れた場合は、第１の操作面１１ａの上方から徐々に近づく操作物体は存在しないため、図１６に示すように、信号Ｓ１０に比べて急激に変化する信号Ｓ１１を得ることができる。

図１５に示すように続いてＳＴ１５で第２のスキャンモード（通常スキャンモード）を実行し、図１０（ｂ）に示す検出信号Ｓ４の有無を判断する。判断の仕方は例えば閾値ＬＶ２を超える検出信号が検出エリア１３ａの狭い範囲で得られるか否かで判断することができる。

ステップＳＴ１６で検出信号Ｓ４が得られたとき、上面入力操作（第１の操作）を検出することができる（ステップＳＴ１７）。

以上のように、第１のスキャンモードと第２のスキャンモードとを切り換えて行い、各スキャンモードにて得られる検出信号に基づいて、上面入力操作（第１の操作）と、グリップ操作（第２の操作）とをそれぞれ検出できる。

なお操作体１０の側壁面に対する操作として、上記した導体タッチ状態やグリップ操作（第２の操作）とを区別しなくてもよいモードである場合は、例えば第２のスキャンモードにて得られた検出信号に基づいて、上面入力操作（第１の操作（図１０（ｂ））、と、側壁面に対する操作（導体タッチ状態（図１１（ｂ））及びグリップ状態（図１２（ｂ））とを別々に検出することが可能である。

また図１５に示したフローチャートによれば、第１のスキャンモード（近接スキャンモード）にて得られる検出信号に基づいて、導体タッチ状態とグリップ操作（第２の操作）とをそれぞれ検出することができ、第２のスキャンモード（通常スキャンモード）にて得られる検出信号に基づいて、上面入力操作（第１の操作）を検出することができる。

また図１３、図１４のフローチャートによれば、第１のスキャンモード（近接スキャンモード）と、第２のスキャンモード（通常スキャンモード）との双方にて得られる検出信号に基づいて、グリップ操作（第２の操作）であるか否かを判断できる。

図１７に示す第２の実施形態には図２と一部で異なる入力装置の部分縦断面図が示されている。

図１７に示す入力装置では、例えば操作体１０の上面部１１と側壁部１２とが一体化しており、図２と異なって側壁部１２に静電容量センサ１３と容量結合する浮遊導体部１４が設けられていない。図１７に示す第２の実施形態の入力装置２では、浮遊導体部１４が設けられていない点以外は、図２に示す第１の実施形態の入力装置と同じ構造とされる。すなわち図１７に用いられる静電容量センサ１３は、図４〜図６に示したとおりである。
図１７に示す側壁部１２の表面（側壁面）が第２の操作面とされる。

この実施形態における静電容量センサ１３は、制御部２０にて、図４に示した第１のスキャンモード（近接スキャンモード）と図６に示した第２のスキャンモード（通常スキャンモード）とに切り換え可能とされている。

図１７に示す第２の実施形態では、側壁部１２に浮遊導体部１４が設けられていないので、第１のスキャンモード（近接スキャンモード）で得られる図８（ｂ）や図９（ｂ）に示す検出信号、及び第２のスキャンモード（通常スキャンモード）で得られる図１１（ｂ）や図１２（ｂ）に示す検出信号は、浮遊導体部１４が存在する場合と比べて検出信号が小さくなり、また信号波形がやや不安定化するものと考えられるが、第１のスキャンモードと第２のスキャンモードとを切り換え、第１のスキャンモードで得られた検出信号及び第２のスキャンモードで得られた検出信号の双方に基づいて、上面入力操作（第１の操作）と、グリップ操作（第２の操作）の別を判断することができる。

図１７の第２の実施形態においても、静電容量センサ１３を、第１のスキャンモード（近接スキャンモード）と第２のスキャンモード（通常スキャンモード）とに切り換えて使用することで、第２の操作面１２ａの検知用センサを、静電容量センサ１３と別に設ける必要がなく、したがって生産コストの増大及び内部構造の煩雑化を抑制でき、また入力装置の小型化を促進することができる。

本実施形態では、制御部２０では、図９（ａ）、図１２（ａ）に示したグリップ操作（第２の操作）を検出し、さらに回転検出部１８から検出信号を得たときに、操作体１０の回転操作信号を出力するように制御できる。すなわち、図８（ａ）、図１１（ａ）に示す偶発的に指Ｆが第２の操作面１４ａに接触した状態で操作体１０が回転したとしても、グリップ操作（第２の操作）を検出しなければ、制御部２０では回転検出部１８からの検出信号を無視し、操作体１０の回転操作信号を機器本体２１に送信しないように制御することができる。

また静電容量センサ１３において、第１のスキャンモードでの駆動電極２６と検出電極２７とは平行でなくても交差していなければよいが、平行としたほうが、安定した検出精度を得ることができる。

図１に示したように、本実施形態の入力装置は例えば車両用として用いることができる。例えばセンターコンソールに配置されたシフト装置や入力操作部などに適用できる。なお入力装置を車両用として限定するものでないが、車両用として使用することで、グリップ操作（第２の操作）を検知して、その後の動作予測などを行うことができ、運転の際の安全性や快適性等を高めることが可能である。

Ｆ指
Ｈ１〜Ｈ６信号強さ
ＬＶ１第１の閾値
ＬＶ２第２の閾値
Ｓ１〜Ｓ６検出信号
１センターコンソール
２入力装置
１０操作体
１１上面部
１１ａ第１の操作面
１２側壁部
１３静電容量センサ
１３ａ検出エリア
１４封誘導体部
１４ａ第２の操作面
１８回転検出部
２０制御部
２１機器本体
２２第１の電極パターン
２３第２の電極パターン
２６駆動電極
２７検出電極
３０手のひら
３１入力操作位置

Claims

上面及び前記上面の外周に位置する側壁面を有する操作体と、
前記上面の裏側に配置され、検出エリアが前記上面と対向している静電容量センサと、
前記静電容量センサの容量変化に基づいて検出信号を発生する制御部と、を有し、
前記上面は、前記上面に対する第１の操作により、前記静電容量センサの静電容量が変化して前記第１の操作を検出することが可能な第１の操作面とされ、
前記側壁面は、前記静電容量センサと容量結合した浮遊導体部により構成され、前記側壁面に対する操作により、前記静電容量センサの静電容量が変化して前記側壁面に対する操作を検出することが可能な第２の操作面とされ、前記側壁面に対する操作は、前記第２の操作面を前記第１の操作面の上方から掴んだ第２の操作であり、
前記静電容量センサは、平面内の第１の方向に間隔を空けて配置された複数本の第１の電極パターンと、前記第１の方向に対して交差する平面内の第２の方向に間隔を空けて前記第１の電極パターンと非接触にて配置された複数本の第２の電極パターンとを有して構成されており、
前記制御部は、互いに交差していない電極パターンを駆動電極と検出電極とする第１のスキャンモードと、互いに交差する電極パターンを駆動電極と検出電極とする第２のスキャンモードと、を切り換え可能であり、
前記第１のスキャンモードにて得られる検出信号が第１の閾値よりも大きく、前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号が第２の閾値よりも小さいとき、前記第２の操作が検出され、
前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号が、前記第２の閾値よりも大きいときに、前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号に基づいて、前記第１の操作面上にて入力操作する前記第１の操作が検出されることを特徴とする入力装置。
前記第１のスキャンモードは、第１の電極パターンと第２の電極パターンのいずれか一方に、駆動電極と検出電極を設定する請求項１記載の入力装置。
前記第１のスキャンモードは、第１の電極パターンと第２の電極パターンの一方を駆動電極とし、他方で且つ前記駆動電極と交差しないものを検出電極とする請求項１記載の入力装置。
上面及び前記上面の外周に位置する側壁面を有する操作体と、
前記上面の裏側に配置され、検出エリアが前記上面と対向している静電容量センサと、
前記静電容量センサの容量変化に基づいて検出信号を発生する制御部と、を有し、
前記上面は、前記上面に対する第１の操作により、前記静電容量センサの静電容量が変化して前記第１の操作を検出することが可能な第１の操作面とされ、
前記側壁面は、前記静電容量センサと容量結合した浮遊導体部により構成され、前記側壁面に対する操作により、前記静電容量センサの静電容量が変化して前記側壁面に対する操作を検出することが可能な第２の操作面とされ、前記側壁面に対する操作は、前記第２の操作面を前記第１の操作面の上方から掴んだ第２の操作であり、
前記静電容量センサは、平面内の第１の方向に間隔を空けて配置された複数本の第１の電極パターンと、前記第１の方向に対して交差する平面内の第２の方向に間隔を空けて前記第１の電極パターンと非接触にて配置された複数本の第２の電極パターンとを有して構成されており、
前記制御部は、互いに交差していない電極パターンを駆動電極と検出電極とする第１のスキャンモードと、互いに交差する電極パターンを駆動電極と検出電極とする第２のスキャンモードと、を切り換え可能であり、
前記第１のスキャンモードにて得られた検出信号の時間に対する変化量に基づいて前記第２の操作か否かが判別され、
前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号に基づいて、前記第１の操作面上にて入力操作する前記第１の操作が検出されることを特徴とする入力装置。
前記第１のスキャンモードにて得られた検出信号の時間に対する変化量が、緩やかに大きくなる第１の変化状態であるとき、前記第２の操作と判断され、前記変化量が、前記第１の変化状態に比べて急激に大きくなる第２の変化状態であるとき、前記第２の操作面に横方向から操作物体が触れた状態として判断される請求項４記載の入力装置。
上面及び前記上面の外周に位置する側壁面を有する操作体と、
前記上面の裏側に配置され、検出エリアが前記上面と対向している静電容量センサと、
前記静電容量センサの容量変化に基づいて検出信号を発生する制御部と、を有し、
前記上面は、前記上面に対する第１の操作により、前記静電容量センサの静電容量が変化して前記第１の操作を検出することが可能な第１の操作面とされ、
前記側壁面は、前記側壁面を前記第１の操作面の上方から掴んだ第２の操作により、前記静電容量センサの静電容量が変化して前記第２の操作を検出することが可能な第２の操作面とされており、
前記静電容量センサは、平面内の第１の方向に間隔を空けて配置された複数本の第１の電極パターンと、前記第１の方向に対して交差する平面内の第２の方向に間隔を空けて前記第１の電極パターンと非接触にて配置された複数本の第２の電極パターンとを有して構成されており、
前記制御部は、前記第１の電極パターン及び前記第２の電極パターンのいずれか一方のみで駆動電極と検出電極とを設定する第１のスキャンモードと、前記第１の電極パターン及び前記第２の電極パターンの一方を駆動電極とし他方を検出電極とする第２のスキャンモードと、を切り換え可能であり、
前記第１のスキャンモードにて得られる検出信号が第１の閾値よりも大きく、前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号が第２の閾値よりも小さいとき、前記第２の操作が検出され、
前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号が、前記第２の閾値よりも大きいときに、前記第２のスキャンモードにて得られる検出信号に基づいて、前記第１の操作面上にて入力操作する前記第１の操作が検出されることを特徴とする入力装置。
前記操作体は回転可能に支持されており、
前記操作体の回転を検知する回転検出部を備えており、
前記操作体を回転操作する際に、前記第２の操作面を前記第１の操作面の上方から掴んだ前記側壁面に対する操作が前記第２の操作として検出される請求項１ないし６のいずれか１項に記載の入力装置。
前記第２の操作の検出と、前記回転検出部からの検出信号に基づいて、前記制御部は、前記操作体の回転検出信号を出力する請求項７記載の入力装置。