JP6302133B2 - 回転式入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロータリエンコーダ等の回転式入力装置に係り、特に静電容量の変化を利用して回転を検出する回転式入力装置に関するものである。

従来より、静電容量の変化を利用して操作体の回転を検出する装置が知られている。例えば下記の特許文献１には、固定プレート上に配置された複数の固定電極と、固定プレートに対向して回転自在に配置された回転プレートと、固定電極と対向するように回転プレート上に配置された回転電極とを備えた回転式静電型エンコーダが記載されている。回転プレートの回転に従って変化する固定電極と回転電極との間の静電容量を検出することにより、回転方向と回転角が検出される。

特許第５２６３８２２号明細書

ところで、特許文献１に記載される回転式静電エンコーダでは、搬送波に含まれる回転角の信号成分を復調するために、アナログの乗算器を設ける必要があり、回路構成が複雑になるという問題や、乗算器の温度特性等によって演算結果に誤差が生じ易いという問題がある。

他方、可動電極にグランド電位を与えておき、固定電極からグランド電位に対してパルス電圧を与えることにより、固定電極と可動電極との間に形成されたキャパシタの静電容量を検出する方法も考えられる。しかしながら、この方法では、複数の検出位置において可動電極との静電容量を検出しようとすると、検出位置ごとに駆動電極が必要となり、検出位置ごとにキャパシタの蓄積電荷を検出する回路が必要になるため、回路規模が大きくなるという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で操作部の回転を検出できる回転式入力装置回路装置を提供することにある。

本発明に係る回転式入力装置は、基台部と、前記基台部に回転自在に支持された操作部と、前記操作部に設けられ、前記操作部の回転軸からの距離が等しい第１仮想円の周上において等間隔に配置される複数の可動電極と、前記第１仮想円の周上において隣接する２つの前記可動電極の位置に挟まれた円弧に対応する中心角をＮ等分（Ｎは３以上の整数を示す。）した角度である単位回転角ごとに設定された停止位置において、前記操作部の回転を抑制する節度機構と、前記基台部に設けられ、前記回転軸に対して前記第１仮想円を平行に移動した第２仮想円の周上に配置される複数の可変容量素子と、前記複数の可変容量素子にそれぞれパルス電圧を供給するパルス電圧供給部と、前記パルス電圧の供給により前記複数の可変容量素子に蓄積される電荷に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、前記検出信号に基づいて前記操作部の回転方向を判定する信号処理部とを具備する。
前記可変容量素子は、前記基台部に設けられ、前記第２仮想円の周上において隣接して配置された固定電極のペアを含む。
前記固定電極のペアにおける各固定電極は、前記操作部が前記停止位置にある場合に、前記回転軸と平行な方向からみて、共通の前記可動電極と重なりを生じ得る位置に設けられる。前記複数の可変容量素子が、前記第２仮想円の周上の異なる位置に設けられる。
前記検出信号生成部は、前記複数の可変容量素子を形成する固定電極のペアにおける各々一方の固定電極から前記電荷を入力し、当該入力した電荷の和に応じた前記検出信号を生成する。

上記の構成によれば、前記固定電極のペアにおける各固定電極は、前記操作部が前記停止位置にある場合に、前記回転軸と平行な方向からみて、共通の前記可動電極と重なりを生じ得る位置に設けられているため、前記可変容量素子の静電容量は、前記可動電極が前記固定電極のペアと重なりを生じる位置にあるか否かに応じて大きく変化する。すなわち、前記操作部の前記停止位置に応じて、各可変容量素子の静電容量が変化する。こうした可変容量素子が前記第２仮想円の周上の異なる位置に設けられるため、各可変容量素子の静電容量の変化に応じて、前記操作部の前記停止位置を求め、前記操作部の回転方向を判定することが可能となる。また、前記検出信号生成部において、前記複数の可変容量素子を形成する固定電極のペアにおける各々一方の固定電極から前記電荷が入力され、当該入力された電荷の和に応じた前記検出信号が生成される。そのため、前記第２仮想円の周上の異なる複数の位置における前記可変容量素子の静電容量の変化が、１つの検出信号によって表されるため、複数の位置のそれぞれについて検出信号を生成する場合に比べて回路構成が簡易になる。

好適に、１つの前記固定電極が、２つの前記可変容量素子を形成する２つの固定電極のペアによって共有されており、当該共有された固定電極から前記検出信号生成部へ前記電荷が入力されてよい。
上記の構成によれば、固定電極の数が減るため構成が簡易になる。

好適に、前記可動電極は、前記第１仮想円の中心からみて、前記単位回転角の扇型領域の範囲内に含まれてよい。

好適に、前記可動電極は、前記第１仮想円と中心が等しく径が異なる２つの円の周上における２つの円弧と、当該中心から前記単位回転角をなして径方向に伸びる２本の直線上における２本の線分とによって囲まれた平面形状を有してよい。前記固定電極は、前記可動電極と同様な形状を有してよい。

好適に、前記可動電極は、前記第１仮想円の中心からみて、前記単位回転角の１倍以上１．５倍以下の角度を持つ扇型領域の範囲内に含まれてよく、この場合、前記固定電極は、前記第２仮想円の中心からみて、前記単位回転角の０．５倍以上１倍以下の角度を持つ扇型領域の範囲内に含まれてよい。

好適に、前記固定電極のペアにおける各固定電極は、前記回転軸と平行な方向からみて、前記操作部が前記停止位置にある場合に、共通の前記可動電極と同じ面積の重なりを生じ得る位置に設けられてよい。

好適に、前記パルス電圧供給部は、前記操作部を所定の停止位置から所定の方向へ前記単位回転角ずつ３ステップ回転させる場合における３つの前記停止位置において前記検出信号生成部により生成される３つの前記検出信号が異なるレベルを有するように、前記複数の可変容量素子にそれぞれパルス電圧を供給してよい。前記信号処理部は、前記可変容量素子の静電容量の変化に対応した前記検出信号の変化に基づいて、前記操作部の回転方向を判定してよい。

好適に、前記複数の可変容量素子は、前記操作部を所定の停止位置から所定の方向へ前記単位回転角ずつ３ステップ回転させる場合における第１ステップの停止位置において前記固定電極のペアと前記可動電極との前記重なりを生じる少なくとも１つの第１可変容量素子、及び、第２ステップの停止位置において前記固定電極のペアと前記可動電極との前記重なりを生じる少なくとも１つの第２可変容量素子を含んでよい。
前記パルス電圧供給部は、前記第１ステップの停止位置において前記第１可変容量素子に蓄積される電荷と、前記第２ステップの停止位置において前記第２可変容量素子に蓄積される電荷とが逆の極性を持つか、又は、同一極性で異なる大きさを持つように、前記第１可変容量素子及び前記第２可変容量素子に対する前記パルス電圧の供給を行ってよい。
前記検出信号生成部は、前記パルス電圧の供給によって前記第１可変容量素子及び前記第２可変容量素子に蓄積される電荷の和に応じた前記検出信号を生成し、前記３ステップの回転を行う場合における第３ステップの停止位置においては、前記第１ステップの停止位置における前記検出信号と前記第２ステップの停止位置における前記検出信号との中間の値を持った前記検出信号を生成してよい。

好適に、前記基台部の平面部に固定され、前記回転軸に対して垂直に突出したフランジ部を備える支持部材を有してよい。前記操作部は、前記平面部と前記フランジ部との間に嵌入するリング状の縁部を有してよい。前記可動電極は、前記リング状の縁部に設けられてよい。前記支持部材は、グランド電位に接続された導体でよい。
上記の構成によれば、可動電極がグランド電位に接続された導体である前記リング状の縁部によってシールドされるため、操作者の指などから伝搬するノイズの影響を受け難くなる。

好適に、前記基台部は、前記平面部の一部がタッチセンサの操作領域として用いられる平板状の部材でよい。前記基台部における前記平面部と反対側の面に前記固定電極が形成されてよい。

本発明によれば、簡易な構成で操作部の回転を検出できる回転式入力装置回路装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る回転式入力装置の構成の一例を示す図である。 回転式入力装置の断面図である。 回転式入力装置の操作部を裏面側から見た図である。 基台部の裏面に設けられた電極パターンの一例を示す図である。 可動電極と固定電極の位置関係を示す図である。 本実施形態に係る回転式入力装置において回転の検出に関わる構成の一例を示す図である。 タッチセンサの構成の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る回転式入力装置における可変容量素子（固定電極のペア）の駆動方法について説明するための図である。 パルス電圧の供給パターン、並びに、停止位置の変更による検出信号の変化を示す図である。 ３つの検出信号に加減算を施して生成された新たな検出信号について、停止位置の変更による信号レベルの変化を表した図である。 図１０に示す加減算後の３つの検出信号の組み合わせが表す停止位置の状態を数値化して示した図である。 図１１に示す各停止位置の状態ＳＴの遷移を表した図である。 基準値の更新について説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態に係る回転式入力装置における可変容量素子（固定電極のペア）の駆動方法について説明するための図である。 図１４に示す２つの動作モードにおけるパルス電圧の供給パターン、並びに、停止位置の変更による検出信号の変化を示す図である。 図１４に示す２つのパルス電圧のパターンに対応した２つの検出信号の組み合わせが表す停止位置の状態を数値化して示した図である。 図１６に示す各停止位置の状態ＳＴの遷移を表した図である。 第３の実施形態に係る回転式入力装置における可変容量素子（固定電極のペア）の駆動方法について説明するための図である。 図１８に示す駆動方法におけるパルス電圧の供給パターン、並びに、停止位置の変更による検出信号の変化を示す図である。 停止位置の変更による検出信号のレベルの相対的な変化を図解した図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る回転式入力装置の構成の一例を示す図である。本実施形態に係る回転式入力装置は、電極間の静電容量の変化を利用してユーザの回転操作を検出する装置であり、静電容量方式のタッチセンサとしての機能も備える。図１に示す回転式入力装置は、タッチセンサの操作領域１を備えた基台５と、基台５に回転自在に支持された操作部１０を有する。基台５は、例えばガラス等の平板状の部材であり、操作部１０が取り付けられる面と反対側の面に回転検出用及びタッチセンサ用の電極パターンが形成される。タッチセンサ用の電極パターンが形成される領域に対応する表側の平面部は、タッチセンサの操作領域１として使用される。

図２は、図１におけるＡ−Ａ’線の断面を示す図である。基台部５の表側の平面部５１に、円柱状の支持部材７が固定される。操作部１０は、この支持部材７によって基台部５に回転自在に支持される。支持部材７は、回転軸ＡＸに対して垂直に突出したフランジ部７１を有する。このフランジ部７１と基台部５の平面部５１との間に、操作部１０のリング状の縁部１１が嵌入する。支持部材７と操作部１０の間には、複数のベアリング１８が設けられている。

支持部材７は、導電性を有する材料によって形成されており、グランド電位に接続される。従って、操作部１０のリング状の縁部１１は、操作部１０の表側からみて、グランド電位を有するフランジ部７１により覆われた状態となっている。この操作部１０の縁部１１には、後述する可動電極（ＥＭ１〜ＥＭ８）が設けられている。

図３は、操作部１０を裏面側から見た図であり、基台部５の平面部５１に対向する操作部１０の裏面を示す。
操作部１０の裏面には、操作部１０の回転軸ＡＸからの距離が等しい第１仮想円ＩＭ１の周上において等間隔に配置された８つの可動電極（ＥＭ１〜ＥＭ８）が設けられている。可動電極ＥＭ１〜ＥＭ８（以下、任意の１つの可動電極を「ＥＭ」と記す。）は、第１仮想円ＩＭ１の中心Ｐからみて、単位回転角θの扇型領域の範囲内に含まれる。具体的には、可動電極ＥＭは、第１仮想円ＩＭ１と中心Ｐが等しく径が異なる２つの円ＣＹ１，ＣＹ２の周上における２つの円弧Ａｒ１，Ａｒ２と、中心Ｐから単位回転角θをなして径方向に伸びる２本の直線Ｌ１，Ｌ２上における２本の線分Ｓｅ１，Ｓｅ２とによって囲まれた平面形状を有する。後述する固定電極ＥＦ１〜ＥＦ４は、この可動電極ＥＭ１〜ＥＭ８と同様な形状を有する。また単位回転角θは、次に述べる節度機構１５による１つの停止位置から次の停止位置までの回転角である。

本実施形態に係る回転式入力装置は、単位回転角θごとに設定された所定の停止位置において操作部１０の回転を抑制する節度機構１５を有する。節度機構１５は、例えば、図２に示すように、支持部材７の外周に設けられた磁石１５ａと、操作部１０の内周に設けられた磁石１５ｂを有する。磁石１５ａ，１５ｂは、それぞれ歯車状の凹凸を同数ずつ有しており、両者の凸部同士が向き合う状態を保つように操作部１０の回転を抑制する。

単位回転角θは、第１仮想円ＩＭ１の周上において隣接する２つの可動電極の位置に挟まれた円弧に対応する中心角φをＮ等分（Ｎは３以上の整数を示す。）した角度に設定される。すなわち、１周の回転角（３６０°）を可動電極ＥＭの個数のＮ倍で割った角度が単位回転角θとなる。図３の例において、可動電極数は８であり、Ｎは３であるため、単位回転角θは１５°となる。

操作部１０に設けられた８つの可動電極ＥＭは同一の形状を持っており、第１仮想円ＩＭ１の周上において等間隔に配置されるため、基台部５側からみた可動電極ＥＭの配置は、節度機構１５による停止位置をＮステップ（図３の例では３ステップ）だけ一定の方向に回転させる度に同じ状態へ戻る。

図４は、基台部５の裏面に設けられた電極パターンの一例を示す図である。
基台部５の裏面には、タッチセンサ用の電極として駆動電極ＥＤ１〜ＥＤ２３及びセンス電極ＥＳ１〜ＥＳ３２が形成されるとともに、回転検出用の電極として固定電極ＥＦ１〜ＥＦ４が形成される。これらの電極は、例えば、センス電極ＥＳ１〜ＥＳ３２と固定電極ＥＦ１〜ＥＦ４が第１層に成膜され、駆動電極ＥＤ１〜ＥＤ２３が第１層の上の第２層に成膜された２層構造の成膜層５２として形成される。駆動電極ＥＤ１〜ＥＤ２３とセンス電極ＥＳ１〜ＥＳ３２はＩＴＯなどの透明導電膜であり、図示しない液晶パネルの光を透過する。

駆動電極ＥＤ１〜ＥＤ２３及びセンス電極ＥＳ１〜ＥＳ３２は、図４において示すように格子状に配置されており、駆動電極とセンス電極との交差点にはそれぞれキャパシタＣＳが形成される。基台部５の操作領域１に指などの物体が近接すると、指が近接した位置の近くに形成されるキャパシタＣＳの静電容量が変化する。駆動電極ＥＤ１〜ＥＤ２３は、こられのキャパシタＣＳに対して、後述のパルス電圧供給部１００により生成されたパルス電圧を伝達する。センス電極ＥＳ１〜ＥＳ３２は、パルス電圧の供給によって各交差点のキャパシタＣＳに蓄積される電荷ＱＳを後述の検出信号生成部１１０に伝送する。

固定電極ＥＦ１〜ＥＦ４は、回転軸ＡＸに対して第１仮想円ＩＭ１を基台部５へ平行に移動した第２仮想円ＩＭ２の周上に配置されており、図４の例では並んで配置されている。この４つの固定電極ＥＦ１〜ＥＦ４（以下、任意の１つの固定電極を「ＥＦ」と記す。）は、可動電極ＥＭとの位置関係に応じて静電容量が変化する３つの可変容量素子ＶＣ１〜ＶＣ３を形成する（以下、任意の１つの可変容量素子を「ＶＣ」と記す。）。第１可変容量素子ＶＣ１は、第２仮想円ＩＭ２の周上において隣接する固定電極ＥＦ１，ＥＦ２のペアにより形成される。第２可変容量素子ＶＣ２は、第２仮想円ＩＭ２の周上において隣接する固定電極ＥＦ２，ＥＦ３のペアにより形成される。第３可変容量素子ＶＣ３は、第２仮想円ＩＭ２の周上において隣接する固定電極ＥＦ３，ＥＦ４のペアにより形成される。従って、固定電極ＥＦ２は第１可変容量素子ＶＣ１と第２可変容量素子ＶＣ２に共有され、固定電極ＥＦ３は第２可変容量素子ＶＣ２と第３可変容量素子ＶＣ３に共有される。２つの可変容量素子によって共有された固定電極ＥＦ２，ＥＦ３は、後述する検出信号生成部１１０に接続される。

図５は、可動電極ＥＭと固定電極ＥＦの位置関係を示す図である。可変容量素子ＶＣを形成する固定電極ＥＦのペア（図４，図５の例ではＥＦ１とＥＦ２のペア，ＥＦ２とＥＦ３のペア，ＥＦ３とＥＦ４のペア）における各固定電極は、操作部１０が上述した節度機構１５の停止位置にある場合に、回転軸ＡＸと平行な方向からみて、共通の一つの可動電極ＥＭと重なりを生じ得る位置に設けられている。操作部１０を停止位置から一定方向へ単位回転角θずつ３ステップ回転させる場合における３個の停止位置について可変容量素子ＶＣの静電容量を比較すると、当該可変容量素子ＶＣを形成する固定電極ＥＦのペアが可動電極ＥＭと重なりを生じる１つの停止位置における静電容量が、重なりを生じない他の２つの停止位置における静電容量に対して大きな容量差を持つ。従って、可変容量素子ＶＣの静電容量の変化を調べることにより、その可変容量素子ＶＣを形成する固定電極ＥＦのペアと重なりを生じる位置に可動電極ＥＭが存在するか否かを判定することが可能となる。

また、図５の例において、可変容量素子ＶＣを形成する固定電極ＥＦのペアにおける各固定電極は、操作部１０が上述した節度機構１５の停止位置にある場合に、回転軸ＡＸと平行な方向からみて、共通の一つの可動電極ＥＭと同じ面積で重なりを生じ得る位置に設けられている。すなわち、固定電極ＥＦは可動電極ＥＭと同様な形状を有しており、回転軸ＡＸと平行な方向からみて、操作部１０が停止位置にある場合の可動電極ＥＭとぴったり重なる位置に対し、単位回転角θの半分（θ／２）だけ第２仮想円ＩＭ２の周上を回転した位置に形成される。固定電極ＥＦのペアが共通の一つの可動電極ＥＭと同じ面積で重なることにより、両者の重なりの面積が異なる場合に比べて、静電容量の変化量が大きくなる。

なお、基台部５の裏面の成膜層５２には、固定電極ＥＦを覆うようにグランド電極ＥＧが形成される（図２）。すなわち、固定電極ＥＦと可動電極ＥＭは、グランド電位を有する操作部１０の縁部１１とグランド電極ＥＧとの間に挟まれる。これにより、基台部５の表側から接近する指先等の物体や、基台部５の裏側に位置する液晶パネル等からのノイズの影響を低減することができる。

図６は、本実施形態に係る回転式入力装置において回転の検出に関わる構成の一例を示す図である。
回転式入力装置は、回転検出に関わる構成として、パルス電圧供給部１００と、検出信号生成部１１０と、信号処理部１２０と、記憶部１３０を有する。

パルス電圧供給部１００は、基台部５の３つの可変容量素子（ＶＣ１〜ＶＣ３）にそれぞれパルス電圧を供給する回路であり、パルス電圧の供給パターン（パターンＡ，パターンＢ，パターンＣ）が異なる３つの動作モード（第１動作モード，第２動作モード，第３動作モード）を順番に時分割で切り替えながら繰り返し実行する。

以下の説明では、第１可変容量素子ＶＣ１の静電容量の容量差が増大する停止位置（固定電極ＥＦ１，ＥＦ２のペアと可動電極ＥＭとが重なりを生じる停止位置）を「ＳＰ１」、第２可変容量素子ＶＣ２の静電容量の容量差が増大する停止位置（固定電極ＥＦ２，ＥＦ３のペアと可動電極ＥＭとが重なりを生じる停止位置）を「ＳＰ２」、第３可変容量素子ＶＣ３の静電容量の容量差が増大する停止位置（固定電極ＥＦ３，ＥＦ４のペアと可動電極ＥＭとが重なりを生じる停止位置）を「ＳＰ３」と記す。この場合、停止位置ＳＰ３から図５の右方向へ単位回転角θずつ３ステップだけ操作部１０を回転させると、第１ステップの停止位置が「ＳＰ１」となり、第２ステップの停止位置が「ＳＰ２」となり、第３ステップの停止位置が「ＳＰ３」となる。

（第１動作モード／パターンＡ）
第１動作モードにおいて、パルス電圧供給部１００は、操作部１０が停止位置ＳＰ１にあるとき第１可変容量素子ＶＣ１に蓄積される第１電荷Ｑ１と、操作部１０が停止位置ＳＰ２にあるとき第２可変容量素子ＶＣ２に蓄積される第２電荷Ｑ２とが逆の極性を持つように、第１可変容量素子ＶＣ１及び第２可変容量素子ＶＣ２へのパルス電圧の供給を行う。図５の例において、パルス電圧供給部１００は、第１可変容量素子ＶＣ１の固定電極ＥＦ１に正電圧「＋Ｖ」のパルス電圧を供給し、第２可変容量素子ＶＣ２の固定電極ＥＦ３に負電圧「−Ｖ」のパルス電圧を供給し、第１可変容量素子ＶＣ１及び第２可変容量素子ＶＣ２の共通の固定電極ＥＦ２にグランド電位を与える。
なお、パルス電圧供給部１００は、第１電荷Ｑ１と第２電荷Ｑ２とが同一極性で異なる大きさを持つよう第１可変容量素子ＶＣ１及び第２可変容量素子ＶＣ２へのパルス電圧の供給を行ってもよい。この場合も、後述する検出信号生成部１１０において、各停止位置の検出信号Ｄｓが異なるレベルを持つようにすることができる。

また、図５の例において、パルス電圧供給部１００は、パルス電圧の供給を行わない第３可変容量素子ＶＣ３の固定電極ＥＦ４に正電圧「＋Ｖ」を印加する。

（第２動作モード／パターンＢ）
第２動作モードにおいて、パルス電圧供給部１００は、操作部１０が停止位置ＳＰ２にあるとき第２可変容量素子ＶＣ２に第１電荷Ｑ１が蓄積され、操作部１０が停止位置ＳＰ３にあるとき第３可変容量素子ＶＣ３に第２電荷Ｑ２が蓄積されるように、第２可変容量素子ＶＣ２及び第３可変容量素子ＶＣ３へのパルス電圧の供給を行う。図５の例において、パルス電圧供給部１００は、第２可変容量素子ＶＣ２の固定電極ＥＦ２に正電圧「＋Ｖ」のパルス電圧を供給し、第３可変容量素子ＶＣ３の固定電極ＥＦ４に負電圧「−Ｖ」のパルス電圧を供給し、第２可変容量素子ＶＣ２及び第３可変容量素子ＶＣ３の共通の固定電極ＥＦ３にグランド電位を与える。

また、図５の例において、パルス電圧供給部１００は、パルス電圧の供給を行わない第１可変容量素子ＶＣ１の固定電極ＥＦ１に正電圧「＋Ｖ」を印加する。

（第３動作モード／パターンＣ）
第３動作モードにおいて、パルス電圧供給部１００は、操作部１０が停止位置ＳＰ１にあるとき第１可変容量素子ＶＣ１に第１電荷Ｑ１が蓄積され、操作部１０が停止位置ＳＰ３にあるとき第３可変容量素子ＶＣ３に第２電荷Ｑ２が蓄積されるように、第１可変容量素子ＶＣ１及び第３可変容量素子ＶＣ３へのパルス電圧の供給を行う。図５の例において、パルス電圧供給部１００は、第１可変容量素子ＶＣ１の固定電極ＥＦ１に正電圧「＋Ｖ」のパルス電圧を供給し、第３可変容量素子ＶＣ３の固定電極ＥＦ４に負電圧「−Ｖ」のパルス電圧を供給し、第１可変容量素子ＶＣ１の固定電極ＥＦ２及び第３可変容量素子ＶＣ３の固定電極ＥＦ３にそれぞれグランド電位を与える。

なお、パルス電圧供給部１００は、後述するタッチセンサ２において駆動電極ＥＤ１〜ＥＤ２３の一つがタッチセンサ駆動部２１０により選択されて駆動されるタイミングと同期したタイミングで、上述した各動作モードにおけるパルス電圧の供給を行う。

検出信号生成部１１０は、パルス電圧の供給によって３つの可変容量素子（ＶＣ１〜ＶＣ３）に蓄積される電荷に応じた検出信号Ｄｓを生成する回路である。検出信号生成部１１０は、例えば、電荷を入力して電圧に変換するチャージアンプと、その電圧をサンプリングしてデジタル信号に変換するＡＤ変換器を含んで構成される。
検出信号生成部１１０は、パルス電圧供給部１００の動作モードに応じて、それぞれ次のように動作する。

（第１動作モード／パターンＡ）
第１動作モードにおいて、検出信号生成部１１０は、パルス電圧の供給により第１可変容量素子ＶＣ１及び第２可変容量素子ＶＣ２に蓄積される電荷の和に応じた検出信号Ｄｓ（第１検出信号Ｄｓ１）を生成する。すなわち、検出信号生成部１１０は、第１可変容量素子ＶＣ１及び第２可変容量素子ＶＣ２において共有される固定電極ＥＦ２から、これらに蓄積される電荷の和に相当する電荷を入力し、入力した電荷に応じた第１検出信号Ｄｓ１を生成する。

操作部１０が停止位置ＳＰ３にある場合、第１可変容量素子ＶＣ１及び第２可変容量素子ＶＣ２における静電容量の変化量（可動電極ＥＭが固定電極ＥＦのペアに重なることによる容量変化）が小さいため、静電容量の変化量に応じた電荷が検出信号生成部１１０に入力されない。この場合、検出信号生成部１１０は、操作部１０が停止位置ＳＰ１や停止位置ＳＰ２にある場合と停止位置ＳＰ３にある場合との区別が付くようにするため、停止位置ＳＰ１における第１検出信号Ｄｓ１と停止位置ＳＰ２における第１検出信号Ｄｓ１とから異なる値（例えば中間の値）を持った第１検出信号Ｄｓ１を生成する。例えば、検出信号生成部１１０は、停止位置ＳＰ３における第１検出信号Ｄｓ１をゼロとした場合に、停止位置ＳＰ１及び停止位置ＳＰ２における第１検出信号Ｄｓ１の一方が正となり、他方が負となるように第１検出信号Ｄｓ１を生成する。

（第２動作モード／パターンＢ）
第２動作モードにおいて、検出信号生成部１１０は、パルス電圧の供給により第２可変容量素子ＶＣ２及び第３可変容量素子ＶＣ３に蓄積される電荷の和に応じた検出信号Ｄｓ（第２検出信号Ｄｓ２）を生成する。すなわち、検出信号生成部１１０は、第２可変容量素子ＶＣ２及び第３可変容量素子ＶＣ３において共有される固定電極ＥＦ３から、これらに蓄積される電荷の和に相当する電荷を入力し、入力した電荷に応じた第２検出信号Ｄｓ２を生成する。

操作部１０が停止位置ＳＰ１にある場合、第２可変容量素子ＶＣ２及び第３可変容量素子ＶＣ３における静電容量の変化量が小さいため、静電容量の変化量に応じた電荷が検出信号生成部１１０に入力されない。この場合、検出信号生成部１１０は、操作部１０が停止位置ＳＰ２や停止位置ＳＰ３にある場合と停止位置ＳＰ１にある場合との区別が付くようにするため、停止位置ＳＰ２における第２検出信号Ｄｓ２と停止位置ＳＰ３における第２検出信号Ｄｓ２とから異なる値（例えば中間の値）を持った第２検出信号Ｄｓ２を生成する。例えば、検出信号生成部１１０は、停止位置ＳＰ１における第２検出信号Ｄｓ２をゼロとした場合に、停止位置ＳＰ２及び停止位置ＳＰ３における第２検出信号Ｄｓ２の一方が正となり、他方が負となるように第２検出信号Ｄｓ２を生成する。

（第３動作モード／パターンＣ）
第３動作モードにおいて、検出信号生成部１１０は、パルス電圧の供給により第１可変容量素子ＶＣ１及び第３可変容量素子ＶＣ３に蓄積される電荷の和に応じた検出信号Ｄｓ（第３検出信号Ｄｓ３）を生成する。すなわち、検出信号生成部１１０は、第１可変容量素子ＶＣ１の固定電極ＥＦ２及び第３可変容量素子ＶＣ３の固定電極ＥＦ３から、これらに蓄積される電荷の和に相当する電荷を入力し、入力した電荷に応じた第３検出信号Ｄｓ３を生成する。

操作部１０が停止位置ＳＰ２にある場合、第１可変容量素子ＶＣ１及び第３可変容量素子ＶＣ３における静電容量の変化量が小さいため、静電容量の変化量に応じた電荷が検出信号生成部１１０に入力されない。この場合、検出信号生成部１１０は、操作部１０が停止位置ＳＰ１や停止位置ＳＰ３にある場合と停止位置ＳＰ２にある場合との区別が付くようにするため、停止位置ＳＰ１における第３検出信号Ｄｓ３と停止位置ＳＰ３における第３検出信号Ｄｓ３とから異なる値（例えば中間の値）を持った第３検出信号Ｄｓ３を生成する。例えば、検出信号生成部１１０は、停止位置ＳＰ２における第３検出信号Ｄｓ３をゼロとした場合に、停止位置ＳＰ１及び停止位置ＳＰ３における第３検出信号Ｄｓ３の一方が正となり、他方が負となるように第３検出信号Ｄｓ３を生成する。

信号処理部１２０は、検出信号生成部１１０によって生成される検出信号Ｄｓに基づいて、操作部１０の回転の有無や回転方向を判定する。すなわち、信号処理部１２０は、可変容量素子ＶＣの静電容量の変化（可動電極ＥＭが固定電極ＥＦのペアに重なることによる容量変化）に対応する第１検出信号Ｄｓ１，第２検出信号Ｄｓ２及び第３検出信号Ｄｓ３の変化に基づいて、操作部１０の回転方向を判定する。具体的には、信号処理部１２０は、第１検出信号Ｄｓ１から第２検出信号Ｄｓ２を減算して生成した検出信号（Ｄｓ１−Ｄｓ２）、第２検出信号Ｄｓ２と第３検出信号Ｄｓ３とを加算して生成した検出信号（Ｄｓ２＋Ｄｓ３）、並びに、第１検出信号Ｄｓ１と第３検出信号Ｄｓ３とを加算して生成した検出信号（Ｄｓ１＋Ｄｓ３）の変化に基づいて、操作部１０の回転方向を判定する。これら３つの信号の組み合わせは、後述するように操作部１０の停止位置の状態を表す。信号処理部１２０は、３つの信号の組み合わせから特定される停止位置の状態を追跡することにより、一つの停止位置から隣の停止位置への変化を特定し、操作部１０の回転方向を判定する。

また、信号処理部１２０は、可変容量素子ＶＣの静電容量の変化（可動電極ＥＭが固定電極ＥＦのペアに重なることによる容量変化）に対応する検出信号の変化を評価するため、基準値Ｒと検出信号との差に基づいて検出信号の変化のパターンを判別し、判別した変化のパターンに基づいて操作部１０の回転方向を判定する。例えば信号処理部１２０は、第１検出信号Ｄｓ１と基準値Ｒ１との差、第２検出信号Ｄｓ２と基準値Ｒ２との差、第３検出信号Ｄｓ３と基準値Ｒ３との差をそれぞれ算出し、それらの差を改めて第１検出信号Ｄｓ１，第２検出信号Ｄｓ２，第３検出信号Ｄｓ３と見なして、上述した検出信号（Ｄｓ１−Ｄｓ２）、検出信号（Ｄｓ２＋Ｄｓ３）、並びに、検出信号（Ｄｓ１＋Ｄｓ３）を算出する。そして、信号処理部１２０は、算出したこれらの検出信号をそれぞれ所定の２つのしきい値と比較することにより、各検出信号が３値のレベルの何れに対応するかを判別する。各検出信号について判別された３値のレベルの組み合わせは、後述するように操作部１０の停止位置の状態を表す。そのため、信号処理部１２０は、この判別したレベル（検出信号の変化のパターン）に基づいて、操作部１０の回転方向を判定することができる。

信号処理部１２０は、検出信号の変化のパターンを判別するために用いる上述した基準値Ｒを、所定の条件で更新する。すなわち、信号処理部１２０は、検出信号の変化が一定時間継続して発生しない場合、最後の検出信号の変化が発生した後における検出信号の平均値に基づいて、従前の基準値を新たな基準値に更新する。具体的には、信号処理部１２０は、変化のパターンの判別結果から検出信号に変化が生じたと判定した場合、記憶部１３０から一つの基準値Ｒを取得する度に、当該一つの基準値Ｒを用いて変化のパターンの判別を行うべき検出信号についての変化発生後における平均値を算出し、当該算出した平均値を当該一つの基準値Ｒと関連付けて記憶部１３０に格納する。そして、信号処理部１２０は、検出信号の変化が一定時間継続して発生しない場合には、基準値Ｒに関連付けて記憶部１３０に記憶される平均値に基づいて、従前の基準値Ｒを新たな基準値Ｒに更新する。
これにより、検出信号の変化が一定時間継続して発生しない場合の安定した検出信号の平均値に基づいて基準値Ｒが更新されるため、温度変化等に起因するドリフトによって基準値Ｒが大きく変動する場合でも、この変動に追従して適切な基準値Ｒを得ることが可能となる。

更に、信号処理部１２０は、タッチセンサ２における駆動電極ＥＤ１〜ＥＤ２３の駆動パルス電圧の影響による基準値Ｒのばらつきを補償するため、タッチセンサ２の駆動状態ごとに基準値Ｒを変更する。すなわち、信号処理部１２０は、タッチセンサ２の駆動状態毎に準備された基準値Ｒを記憶部１３０から取得して、検出信号の変化のパターンを判別するために使用する。

例えば記憶部１３０は、タッチセンサ２において選択されて駆動される駆動電極（ＥＤ１〜ＥＤ３）と、静電容量の検出のために選択されるセンス電極（ＥＳ１〜ＥＳ３２）と、パルス電圧供給部１００の動作モード（第１動作モード〜第３動作モード）とに対応付けて、検出信号の基準値Ｒを記憶する。信号処理部１２０は、タッチセンサ２において特定の駆動電極及びセンス電極が選択されたタイミングと同期したタイミングで実行された特定の動作モードにより生成された検出信号（Ｄｓ１〜Ｄｓ３）を入力した場合、当該選択された特定の駆動電極及びセンス電極の組み合わせに対応し、かつ、当該実行された特定の動作モードに対応する基準値Ｒを記憶部１３０から取得し、当該取得した基準値Ｒを用いて検出信号の変化のパターンを判別する。

なお、信号処理部１２０の処理は、例えば、記憶部１３０に記憶されるプログラムに基づいて処理を実行するコンピュータを用いて実行してもよいし、少なくとも一部の処理を専用のロジック回路（ＡＳＩＣ等）において実行してもよい。あるいは、少なくとも一部の処理を後述するタッチセンサ２の制御部２３０と同一のコンピュータを用いて実行してもよい。

記憶部１３０は、信号処理部１２０の処理を実行するコンピュータのプログラムや、処理に利用される定数データ（基準値Ｒなど）、処理の過程で一時的に利用される変数データなどを記憶する装置であり、例えばＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性メモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、ハードディスク等を用いて構成される。

図７は、タッチセンサ２の構成の一例を示す図である。
図７に示すタッチセンサ２は、駆動電極ＥＤ１〜ＥＤ２３及びセンス電極ＥＳ１〜ＥＳ３２からなるセンサ部２００と、タッチセンサ駆動部２１０と、タッチセンサ検出部２２０と、制御部２３０と、記憶部２５０を有する。

タッチセンサ駆動部２１０は、駆動電極ＥＤ１〜ＥＤ２３から順番に一つの駆動電極を選択し、当該選択した駆動電極にパルス電圧を供給する。

タッチセンサ検出部２２０は、タッチセンサ駆動部２１０がパルス電圧の供給を行うために行う駆動電極の選択と並行して、センス電極ＥＳ１〜ＥＳ３２から一部のセンス電極を順番に選択し、当該選択したセンス電極において伝送されるキャパシタＣＳの電荷ＱＳに応じたタッチ検出信号を生成する。図４において示すように、センス電極ＥＳ１〜ＥＳ３２は１６本ずつの２つのセンス電極群ＥＳ＿Ａ，ＥＳ＿Ｂに分かれており、タッチセンサ検出部２２０は、２つのセンス電極群ＥＳ＿Ａ，ＥＳ＿Ｂを交互に選択し、１６本のセンス電極に対応した１６のタッチ検出信号を並列に生成する。

制御部２３０は、タッチセンサ２の全体的な動作を制御する回路であり、例えば、記憶部２５０に格納されるプログラムの命令コードに従って処理を行うコンピュータや、特定の機能を実現するロジック回路（ＡＳＩＣ等）を含んで構成される。制御部２３０は、タッチセンサ駆動部２１０における駆動電極の選択や、タッチセンサ検出部２２０におけるセンス電極の選択、タッチ検出信号の生成のタイミングなどを制御する。また、制御部２３０は、タッチセンサ検出部２２０から入力されるタッチ検出信号に基づいて、操作領域１における物体の接触位置などを算出する処理を行う。

記憶部２５０は、制御部２３０において処理に使用される定数データや変数データを記憶する。制御部２３０がコンピュータを含む場合、記憶部２３０は、そのコンピュータにおいて実行されるプログラムを記憶してもよい。記憶部２５０は、例えば、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性メモリ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、ハードディスク等を用いて構成される。

次に、上述した構成を有する本実施形態に係る回転式入力装置の動作を説明する。

まず、操作部１０の回転方向の判定動作について説明する。
図８は、本実施形態に係る回転式入力装置における可変容量素子ＶＣ（固定電極のペア）の駆動方法について説明するための図である。

パルス電圧供給部１００は、隣接して並んだ４つの固定電極（ＦＥ１〜ＦＥ４）に対して、３つのパターン（パターンＡ，パターンＢ，パターンＣ）によりパルス電圧を供給する。
第１動作モード（パターンＡ）において、パルス電圧供給部１００は、固定電極ＦＥ１に正電圧「＋Ｖ」のパルス電圧を供給し、固定電極ＦＥ２にグランド電位を与え、固定電極ＦＥ３，ＦＥ４に負電圧「−Ｖ」のパルス電圧を供給する。第１動作モードにおいて、検出信号生成部１１０は、固定電極ＦＥ２から伝送される第１可変容量素子ＶＣ１及び第２可変容量素子ＶＣ２の電荷の和に応じた第１検出信号Ｄｓ１を生成する。
第２動作モード（パターンＢ）において、パルス電圧供給部１００は、固定電極ＦＥ１，ＦＥ２に正電圧「＋Ｖ」のパルス電圧を供給し、固定電極ＦＥ３にグランド電位を与え、固定電極ＦＥ４に負電圧「−Ｖ」のパルス電圧を供給する。検出信号生成部１１０は、固定電極ＦＥ３から伝送される第２可変容量素子ＶＣ２及び第３可変容量素子ＶＣ３の電荷の和に応じた第２検出信号Ｄｓ２を生成する。
第３動作モード（パターンＣ）において、パルス電圧供給部１００は、固定電極ＦＥ１に正電圧「＋Ｖ」のパルス電圧を供給し、固定電極ＦＥ２，ＦＥ３にグランド電位を与え、固定電極ＦＥ４に負電圧「−Ｖ」のパルス電圧を供給する。検出信号生成部１１０は、固定電極ＦＥ２，ＦＥ３から伝送される第１可変容量素子ＶＣ１及び第３可変容量素子ＶＣ３の電荷の和に応じた第２検出信号Ｄｓ２を生成する。

図９は、パルス電圧の供給パターン、並びに、停止位置の変更による検出信号の変化を示す図である。図９において丸印で囲った番号は、図８に示す３つの停止位置ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３の番号を示す。また、アルファベットＡ〜Ｃは、それぞれパルス電圧の供給パターンを示す。

図９Ａは、３つの停止位置（ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３）に対応する３つの可変容量素子（ＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３）に印加されるパルス電圧の極性を示す。「Ｐ」は正電圧「＋Ｖ」のパルス電圧を示し、「Ｎ」は負電圧「−Ｖ」のパルス電圧を示し、「０」はパルス電圧が印加されないことを示す。

この図９Ａによれば、操作部１０が停止位置ＳＰ１から停止位置ＳＰ２へ回転した場合、パターンＡ（第１動作モード）において生成される第１検出信号Ｄｓ１には、第１可変容量素子ＶＣ１の正電圧「＋Ｖ」のパルス電圧による電荷から、第２可変容量素子ＶＣ２の負電圧「−Ｖ」のパルス電圧による電荷への変化に相当するレベルの変化が生じる。この「Ｐ」から「Ｎ」への変化を仮に数値「２」で表すと、「Ｎ」から「Ｐ」への変化を示す数値は「−２」で表すことができる。また、「Ｐ」から「０」への変化と「０」から「Ｎ」への変化は、「Ｐ」から「Ｎ」への変化の半分に相当するため数値「１」で表すことができる。「Ｎ」から「０」への変化と「０」から「Ｐ」への変化は、「Ｎ」から「Ｐ」への変化の半分に相当するため数値「−１」で表すことができる。

図９Ｂ〜図９Ｄは、それぞれ基準となる停止位置から他の停止位置へ回転した場合における検出信号（Ｄｓ１〜Ｄｓ３）の変化を、上述した「２」，「１」，「−１」，「−２」の数値で表したものである。ただし、基準となる停止位置については数値「０」で表している。この数値は、検出信号（Ｄｓ１〜Ｄｓ３）の相対的な変化の大きさを５つのレベルで表したものであり、実際の検出信号（Ｄｓ１〜Ｄｓ３）についてこのレベルを判別するためには、独立した４つのしきい値を用いる必要がある。静電容量の変化が小さい場合を想定すると、判別すべきレベル数はなるべく少ないことが望ましい。

そこで、本実施形態に係る回転式入力装置では、このレベル数を削減するとともに、検出信号の変化の振幅を大きくするため、３つのパターンにより生成された３つの検出信号（Ｄｓ１〜Ｄｓ３）に対して加減算を行う。すなわち、信号処理部１２０は、第１検出信号Ｄｓ１から第２検出信号Ｄｓ２を減算して生成した検出信号（Ｄｓ１−Ｄｓ２）、第２検出信号Ｄｓ２と第３検出信号Ｄｓ３とを加算して生成した検出信号（Ｄｓ２＋Ｄｓ３）、並びに、第１検出信号Ｄｓ１と第３検出信号Ｄｓ３とを加算して生成した検出信号（Ｄｓ１＋Ｄｓ３）を算出する。

図１０は、３つの検出信号（Ｄｓ１〜Ｄｓ３）に加減算を施して生成された新たな検出信号について、停止位置の変更による信号レベルの変化を表した図である。図９Ｂ〜図９Ｄの数値について、「Ｄｓ１−Ｄｓ２（Ａ−Ｂ）」、「Ｄｓ２＋Ｄｓ３（Ｂ＋Ｃ）」、「Ｄｓ１＋Ｄｓ３（Ａ＋Ｃ）」の加減算を施すと、図１０において示すように、演算結果の数値は、何れも「３」，［０］，「−３」の３レベルに集約される。また、３つの検出信号（Ｄｓ１〜Ｄｓ３）に対する加減算によって、判定対象となる信号の最大振幅が２から３へ大きくなる。従って、微小な検出信号のレベルを正確に判定することができる。

図１１は、図１０に示す加減算後の３つの検出信号（「Ａ−Ｂ」，「Ｂ＋Ｃ」，「Ａ＋Ｃ」）の組み合わせが表す停止位置の状態を数値化して示した図である。図１１における「ＳＴ」は、３つの検出信号（「Ａ−Ｂ」，「Ｂ＋Ｃ」，「Ａ＋Ｃ」）を基数３で数値化したものである。図１０に示す３つの検出信号の数値をそれぞれ［Ａ−Ｂ］，［Ｂ＋Ｃ］，［Ａ＋Ｃ］の符号で表すと、状態ＳＴは次の式で表される。

［数１］
ＳＴ＝［Ａ−Ｂ］＋［Ｂ＋Ｃ］×３＋［Ａ＋Ｃ］×９ …（１）

また図１１では、基準となる停止位置から隣の停止位置へ回転する途中に生じ得る状態ＳＴも数値化して表している。この図１１から分かるように、基準となる停止位置が「ＳＰ１」「ＳＰ２」「ＳＰ３」の何れであるかに応じて、状態ＳＴの遷移は「α」，「β」，「γ」の３パターンに分かれる。基準となる停止位置が「ＳＰ１」の場合に状態遷移は「α」となり、基準となる停止位置が「ＳＰ２」の場合に状態遷移は「β」となり、基準となる停止位置が「ＳＰ３」の場合に状態遷移は「γ」となる。

図１２は、図１１に示す各停止位置の状態ＳＴの遷移を表す図である。
図１２に示す状態遷移のパターンにおいて、各停止位置の状態ＳＴの数値は全て異なる。また、一つの停止位置から別の停止位置へ回転する途中で生じ得る状態ＳＴの数値は、各停止位置における状態ＳＴの数値と重複しない。従って、基準となる停止位置が不明な場合であっても、最初の停止位置の変化が生じたときに、図１０に示す加減算後の３つの検出信号（「Ａ−Ｂ」，「Ｂ＋Ｃ」，「Ａ＋Ｃ」）から式（１）の状態ＳＴを求めることにより、信号処理部１２０は状態遷移のパターンと現在の停止位置を直ちに判定することができる。従って、信号処理部１２０は、前回の停止位置と今回の停止位置を比較することにより、回転方向を正確に判定することができる。

次に、基準値の更新について、図１３のフローチャートを参照して説明する。
信号処理部１２０は、検出信号生成部１１０から３パターンの検出信号（Ｄｓ１〜Ｄｓ３）を入力すると、各検出信号に対応する基準値（Ｒ１〜Ｒ３）を記憶部１３０から取得して、検出信号（Ｄｓ１〜Ｄｓ３）と基準値（Ｒ１〜Ｒ３）との差を算出する。信号処理部１２０は、この算出結果を正規の検出信号（Ｄｓ１〜Ｄｓ３）とみなして、後に続く加減算の処理（図１０）と状態ＳＴの算出（式（１））を行い、回転方向の判定を行う。従って、基準値が温度等のドリフトの影響によって変動すると、回転方向の判定を正しく行えなくなる。そこで信号処理部１２０は、検出信号生成部１１０から入力される検出信号（Ｄｓ１〜Ｄｓ３）の平均値に基づいて、基準値を更新する処理を行う。

信号処理部１２０は、検出信号と基準値との差に基づいて検出信号の変化のパターンを判別し、判別した変化のパターンに基づいて操作部１０の回転方向を判定する処理を常時繰り返し行う。操作部１０の回転に伴う検出信号の変化が生じた場合（ＳＴ１００）、信号処理部１２０は、検出信号生成部１１０が生成する検出信号の平均値の算出を開始する（ＳＴ１１０）。信号処理部１２０は、記憶部１３０から一つの基準値を取得する度に、当該一つの基準値を用いて変化のパターンの判別を行うべき検出信号についての変化発生後における平均値を算出し、当該算出した平均値を当該一つの基準値と関連付けて記憶部１３０に格納する。例えば、第１動作モード（パターンＡ）において生成される第１検出信号Ｄｓ１に対応する基準値Ｒ１を記憶部１３０から読みだした場合、回転による変化が発生した後に入力された第１検出信号Ｄｓ１の平均値を算出し、算出した平均値を基準値Ｒ１と関連付けて記憶部１３０に格納する。また、信号処理部１２０は、検出信号の平均値の算出を開始した場合、その開始時点からの経過時間を計るため、タイマーによる計時を開始する（ＳＴ１２０）。

また、信号処理部１２０は、現在の停止位置が基準となる位置（図１１において状態ＳＴがゼロとなる停止位置であり、後述するステップＳＴ１６０の基準値更新が行われた停止位置と同じ）になった場合（ＳＴ１３０）、検出信号生成部１１０において得られた最新の検出信号に基づいて、現在の基準値を更新する（ＳＴ１４０）。例えば、信号処理部１２０は、最新の検出信号と現在の基準値にそれぞれ所定の重み付けを与えて加算した結果を、新たな基準値として記憶部１３０に格納する。これにより、操作部１０の回転途中であっても基準値の更新を行うことが可能となる。

信号処理部１２０は、ステップＳＴ１２０においてスタートさせたタイマーの計時値が所定の時間に達した場合（ＳＴ１５０）、ステップＳＴ１１０において算出を開始した平均値に基づいて、従前の基準値を新たな基準値に更新する。例えば、ステップＳＴ１１０において算出した平均値を、そのまま新たな基準値として記憶部１３０に格納する（ＳＴ１６０）。基準値の更新が完了すると、信号処理部１２０は、ステップＳＴ１２０においてスタートさせたタイマーを停止させて、計時値をリセットするとともに、平均値の算出処理を終了する（ＳＴ１７０）。信号処理部１２０は、静電容量の検出と回転方向の判定処理を行う度に、上述したステップＳＴ１００〜ＳＴ１７０の処理を実行する。

以上説明したように、本実施形態に係る回転式入力装置によれば、固定電極ＥＦのペアにおける各固定電極ＥＦは、操作部１０が節度機構１５の停止位置にある場合に、回転軸ＡＸと平行な方向からみて、共通の可動電極ＥＭと重なりを生じ得る位置に設けられている。そのため、可変容量素子ＶＣの静電容量は、可動電極ＥＭが固定電極ＥＦのペアと重なりを生じる位置にあるか否かに応じて大きく変化する。すなわち、操作部１０の停止位置に応じて、各可変容量素子ＶＣの静電容量が変化する。こうした可変容量素子ＶＣが第２仮想円ＩＭ２の周上の異なる位置に設けられるため、各可変容量素子ＶＣの静電容量の変化に応じて、操作部１０の停止位置を求め、回転方向を判定することが可能となる。また、検出信号生成部１１０では、複数の可変容量素子ＶＣを形成する固定電極ＥＦのペアにおける各々一方の固定電極ＥＦから静電容量に応じた電荷が入力され、当該入力された電荷の和に応じた検出信号が生成される。そのため、第２仮想円ＩＭ２の周上の異なる複数の位置における可変容量素子ＶＣの静電容量の変化が、１つの検出信号によって表されるため、複数の位置のそれぞれについて検出信号を生成する場合に比べて回路構成を簡易化することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態では、３種類のパルス電圧の供給パターンにより得られた３つの検出信号（Ｄｓ１〜Ｄｓ３）に加減算の演算を施すことによって、加減算後の検出信号のレベルを３つに集約するとともに、信号の振幅を増やしている。しかしながら、状態ＳＴを算出するために３パターンのパルス電圧の供給動作を行う必要があるため、状態ＳＴを得るための処理時間が長くなる。そこで、本実施形態に係る回転式入力装置では、パルス電圧の供給のパターンを３から２に減らしている。

図１４は、第２の実施形態に係る回転式入力装置における可変容量素子（固定電極のペア）の駆動方法について説明するための図である。
図１４において示すように、第２の実施形態に係る回転式入力装置における可変容量素子の２つ動作モード（第１動作モード，第２動作モード）は、図８に示す第１動作モード，第２動作モードと同じである。

図１５は、図１４に示す２つの動作モードにおけるパルス電圧の供給パターン、並びに、停止位置の変更による検出信号の変化を示す図である。また図１６は、図１４に示す２つのパルス電圧のパターン（パターンＡ，パターンＢ）に対応した２つの検出信号の組み合わせが表す停止位置の状態を数値化して示した図である。パターンＡ，Ｂの数値をそれぞれ符号［Ａ］，［Ｂ］で表すと、状態ＳＴは次の式で表される。

［数２］
ＳＴ＝［Ａ］＋［Ｂ］×５ …（２）

ただし、図１５の数値「０」，「１」，「２」は、それぞれ［Ａ］又は［Ｂ］の値としてそのまま使用し、数値「−１」，「−２」については、それぞれ「３」，「４」に置き換えて計算している。各停止位置の状態ＳＴは、図１７の状態遷移において示すように重複を生じていないため、第１の実施形態と同様に、状態ＳＴから１つの停止位置を確定することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態及び第２の実施形態に係る回転式入力装置では、３つの可変容量素子（ＶＣ１〜ＶＣ３）に対して複数のパルス電圧の供給パターンにより複数の検出信号Ｄｓが生成され、複数の検出信号Ｄｓに生じる変化のパターンの組み合わせから停止位置の状態が判別される。これに対し、本実施形態に係る回転式入力装置では、単一のパルス電圧の供給パターンにより得られる１つの検出信号Ｄｓに基づいて、操作部１０の回転方向の判定が判定される。

本実施形態に係る回転式入力装置において、パルス電圧供給部１００は、操作部１０を所定の停止位置から所定の方向へ単位回転角ずつ３ステップ回転させる場合における３つの停止位置（ＳＰ１〜ＳＰ３）において検出信号生成部１１０により生成される３つの検出信号Ｄｓが異なるレベルを有するように、第１可変容量素子ＶＣ１及び第２可変容量素子ＶＣ２にそれぞれパルス電圧を供給する。

図１８は、第３の実施形態に係る回転式入力装置における可変容量素子（固定電極のペア）の駆動方法について説明するための図である。図１８において示すパルス電圧の供給パターン（パターンＡ）は、既に説明した図８，図１４における第１動作モードのパルス電圧の供給パターンと同じである。本実施形態に係る回転式入力装置において、パルス電圧供給部１００は、図１８に示すパターンＡのパルス電圧の供給を繰り返し実行する。

図１９は、図１８に示す駆動方法におけるパルス電圧の供給パターン、並びに、停止位置の変更による検出信号Ｄｓの変化を示す図である。図１９Ａは、３つの停止位置（ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３）に対応する３つの可変容量素子（ＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３）に印加されるパルス電圧の極性を示す。図１９Ｂは、基準となる停止位置ごとに、その停止位置から他の停止位置へ操作部１０が回転した場合における検出信号の変化を「２」，「１」，「０」，「−１」，「−２」の数値で表したものである。
また図２０は、停止位置の変更による検出信号のレベルの相対的な変化を図解した図であり、検出信号Ｄｓのレベルの数値（図１９Ｂ）をグラフで表わしたものである。グラフの縦軸の数値は、基準となる停止位置が「ＳＰ３」の場合の値であるが、基準となる停止位置が「ＳＰ１」や「ＳＰ２」の場合も、グラフによって表わされる数値の変化は同様なパターンとなる。

図２０のグラフから分かるように、左方向への回転が生じた場合の検出信号Ｄｓのレベル変化は「＋１」又は「−２」であり、右方向への回転が生じた場合の検出信号Ｄｓのレベル変化は「−１」又は「＋２」である。すなわち、左方向への回転と右方向への回転とでは、検出信号Ｄｓのレベル変化のパターンが異なる。これは、所定の停止位置から操作部１０を一定方向へ回転させた場合、検出信号Ｄｓのレベルが一定方向（上昇方向又は下降方向）へ変化するように、３つの可変容量素子（ＶＣ１〜ＶＣ３）にパルス電圧が供給されていることによる。図２０の例では、停止位置ＳＰ２から停止位置ＳＰ１へ右方向の回転を行うと、検出信号のレベルは「１」ずつ下降し、停止位置ＳＰ１から停止位置ＳＰ２へ左方向の回転を行うと、検出信号Ｄｓのレベルは「１」ずつ上昇する。

信号処理部１２０は、第１可変容量素子ＶＣ１及び第２可変容量素子ＶＣ２の静電容量の変化に対応した検出信号Ｄｓの変化に基づいて、操作部１０の回転方向を判定する。具体的には、信号処理部１２０は、検出信号Ｄｓ（検出信号生成部１１０が生成した当初の検出信号Ｄｓから基準値Ｒを減算したもの）を所定の４つのしきい値と比較することにより、検出信号Ｄｓのレベルが「２」，「１」，「０」，「−１」，「−２」の何れであるかを判別する。操作部１０の回転によって検出信号Ｄｓのレベルが変化した場合、信号処理部１２０は、そのレベル変化が「−１」又は「＋２」であれば右方向の回転であると判定し、レベル変化が「＋１」又は「−２」であれば左方向の回転であると判定する。

本実施形態に係る回転式入力装置によれば、単一のパルス電圧の供給パターンによって操作部１０の回転方向を判定できるため、回転方向の判定に要する時間を短くすることができる。
なお、本実施形態に係る回転式入力装置では、上述した第１，第２の実施形態に係る回転式入力装置のように、停止位置が不明な初期状態から１回の停止位置の変更によって直ちに停止位置を特定することはできないが、複数回の停止位置の変更履歴を参照することによって、現在の停止位置を特定することは可能である。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、当業者に自明な種々の改変が可能である。

上述した実施形態では、可動電極ＥＭと固定電極ＥＦが同様な形状を持つ例を挙げているが、本発明はこの例に限定されない。例えば、可動電極ＥＭは、第１仮想円ＩＭ１の中心からみて、単位回転角θの１倍以上１．５倍以下の角度を持つ扇型領域の範囲内に含まれるような形状とし、固定電極ＥＦは、第２仮想円ＩＭ２の中心からみて、単位回転角θの０．５倍以上１倍以下の角度を持つ扇型領域の範囲内に含まれるような形状としてもよい。この場合も、各停止位置において固定電極ＥＦのペアに可動電極ＥＭが重なりを持つように配置させることで、固定電極ＥＦのペアを可変容量素子ＶＣとして機能させることができる。

１ 操作領域
２ タッチセンサ
５ 基台部
７ 支持部材
７１ フランジ部
１０ 操作部
１１ 縁部
１５ 節度機構
１８ ベアリング
１００ パルス電圧供給部
１１０ 検出信号生成部
１２０ 信号処理部
１３０ 記憶部
２００ センサ部
２１０ タッチセンサ駆動部
２２０ タッチセンサ検出部
２３０ 制御部
２５０ 記憶部
ＥＦ１〜ＥＦ４ 固定電極
ＥＭ１〜ＥＭ８ 可動電極
ＶＣ１〜ＶＣ３ 可変容量素子

Claims (10)

1. 基台部と、
   前記基台部に回転自在に支持された操作部と、
   前記操作部に設けられ、前記操作部の回転軸からの距離が等しい第１仮想円の周上において等間隔に配置される複数の可動電極と、
   前記第１仮想円の周上において隣接する２つの前記可動電極の位置に挟まれた円弧に対応する中心角をＮ等分（Ｎは３以上の整数を示す。）した角度である単位回転角ごとに設定された停止位置において、前記操作部の回転を抑制する節度機構と、
   前記基台部に設けられ、前記回転軸に対して前記第１仮想円を平行に移動した第２仮想円の周上に配置される複数の可変容量素子と、
   前記複数の可変容量素子にそれぞれパルス電圧を供給するパルス電圧供給部と、
   前記パルス電圧の供給により前記複数の可変容量素子に蓄積される電荷に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、
   前記検出信号に基づいて前記操作部の回転方向を判定する信号処理部とを具備し、
   前記可変容量素子は、前記基台部に設けられ、前記第２仮想円の周上において隣接して配置された固定電極のペアを含んでおり、
   前記固定電極のペアにおける各固定電極は、前記操作部が前記停止位置にある場合に、前記回転軸と平行な方向からみて、共通の前記可動電極と重なりを生じ得る位置に設けられており、
   前記複数の可変容量素子が、前記第２仮想円の周上の異なる位置に設けられており、
   前記検出信号生成部は、前記複数の可変容量素子を形成する固定電極のペアにおける各々一方の固定電極から前記電荷を入力し、当該入力した電荷の和に応じた前記検出信号を生成し、
   前記可動電極は、前記第１仮想円の中心からみて、前記単位回転角の扇型領域の範囲内に含まれる
   ことを特徴とする回転式入力装置。
2. 前記可動電極は、前記第１仮想円と中心が等しく径が異なる２つの円の周上における２つの円弧と、当該中心から前記単位回転角をなして径方向に伸びる２本の直線上における２本の線分とによって囲まれた平面形状を有し、
   前記固定電極が前記可動電極と同様な形状を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転式入力装置。
3. 基台部と、
   前記基台部に回転自在に支持された操作部と、
   前記操作部に設けられ、前記操作部の回転軸からの距離が等しい第１仮想円の周上において等間隔に配置される複数の可動電極と、
   前記第１仮想円の周上において隣接する２つの前記可動電極の位置に挟まれた円弧に対応する中心角をＮ等分（Ｎは３以上の整数を示す。）した角度である単位回転角ごとに設定された停止位置において、前記操作部の回転を抑制する節度機構と、
   前記基台部に設けられ、前記回転軸に対して前記第１仮想円を平行に移動した第２仮想円の周上に配置される複数の可変容量素子と、
   前記複数の可変容量素子にそれぞれパルス電圧を供給するパルス電圧供給部と、
   前記パルス電圧の供給により前記複数の可変容量素子に蓄積される電荷に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、
   前記検出信号に基づいて前記操作部の回転方向を判定する信号処理部とを具備し、
   前記可変容量素子は、前記基台部に設けられ、前記第２仮想円の周上において隣接して配置された固定電極のペアを含んでおり、
   前記固定電極のペアにおける各固定電極は、前記操作部が前記停止位置にある場合に、前記回転軸と平行な方向からみて、共通の前記可動電極と重なりを生じ得る位置に設けられており、
   前記複数の可変容量素子が、前記第２仮想円の周上の異なる位置に設けられており、
   前記検出信号生成部は、前記複数の可変容量素子を形成する固定電極のペアにおける各々一方の固定電極から前記電荷を入力し、当該入力した電荷の和に応じた前記検出信号を生成し、
   前記可動電極は、前記第１仮想円の中心からみて、前記単位回転角の１倍以上１．５倍以下の角度を持つ扇型領域の範囲内に含まれ、
   前記固定電極は、前記第２仮想円の中心からみて、前記単位回転角の０．５倍以上１倍以下の角度を持つ扇型領域の範囲内に含まれる
   ことを特徴とする回転式入力装置。
4. 前記固定電極のペアにおける各固定電極は、前記回転軸と平行な方向からみて、前記操作部が前記停止位置にある場合に、共通の前記可動電極と同じ面積の重なりを生じ得る位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の回転式入力装置。
5. 前記基台部の平面部に固定され、前記回転軸に対して垂直に突出したフランジ部を備える支持部材を有し、
   前記操作部は、前記平面部と前記フランジ部との間に嵌入するリング状の縁部を有し、
   前記可動電極は、前記リング状の縁部に設けられており、
   前記支持部材は、グランド電位に接続された導体である
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の回転式入力装置。
6. 基台部と、
   前記基台部に回転自在に支持された操作部と、
   前記操作部に設けられ、前記操作部の回転軸からの距離が等しい第１仮想円の周上において等間隔に配置される複数の可動電極と、
   前記第１仮想円の周上において隣接する２つの前記可動電極の位置に挟まれた円弧に対応する中心角をＮ等分（Ｎは３以上の整数を示す。）した角度である単位回転角ごとに設定された停止位置において、前記操作部の回転を抑制する節度機構と、
   前記基台部に設けられ、前記回転軸に対して前記第１仮想円を平行に移動した第２仮想円の周上に配置される複数の可変容量素子と、
   前記複数の可変容量素子にそれぞれパルス電圧を供給するパルス電圧供給部と、
   前記パルス電圧の供給により前記複数の可変容量素子に蓄積される電荷に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、
   前記検出信号に基づいて前記操作部の回転方向を判定する信号処理部とを具備し、
   前記可変容量素子は、前記基台部に設けられ、前記第２仮想円の周上において隣接して配置された固定電極のペアを含んでおり、
   前記固定電極のペアにおける各固定電極は、前記操作部が前記停止位置にある場合に、前記回転軸と平行な方向からみて、共通の前記可動電極と重なりを生じ得る位置に設けられており、
   前記複数の可変容量素子が、前記第２仮想円の周上の異なる位置に設けられており、
   前記検出信号生成部は、前記複数の可変容量素子を形成する固定電極のペアにおける各々一方の固定電極から前記電荷を入力し、当該入力した電荷の和に応じた前記検出信号を生成し、
   前記基台部の平面部に固定され、前記回転軸に対して垂直に突出したフランジ部を備える支持部材を有し、
   前記操作部は、前記平面部と前記フランジ部との間に嵌入するリング状の縁部を有し、
   前記可動電極は、前記リング状の縁部に設けられており、
   前記支持部材は、グランド電位に接続された導体である
   ことを特徴とする回転式入力装置。
7. 前記基台部は、前記平面部の一部がタッチセンサの操作領域として用いられる平板状の部材であり、
   前記基台部における前記平面部と反対側の面に前記固定電極が形成される
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の回転式入力装置。
8. １つの前記固定電極が、２つの前記可変容量素子を形成する２つの固定電極のペアによって共有されており、当該共有された固定電極から前記検出信号生成部へ前記電荷が入力される
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の回転式入力装置。
9. 前記パルス電圧供給部は、前記操作部を所定の停止位置から所定の方向へ前記単位回転角ずつ３ステップ回転させる場合における３つの前記停止位置において前記検出信号生成部により生成される３つの前記検出信号が異なるレベルを有するように、前記複数の可変容量素子にそれぞれパルス電圧を供給し、
   前記信号処理部は、前記可変容量素子の静電容量の変化に対応した前記検出信号の変化に基づいて、前記操作部の回転方向を判定する
   ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の回転式入力装置。
10. 前記複数の可変容量素子は、前記操作部を所定の停止位置から所定の方向へ前記単位回転角ずつ３ステップ回転させる場合における第１ステップの停止位置において前記固定電極のペアと前記可動電極との前記重なりを生じる少なくとも１つの第１可変容量素子、及び、第２ステップの停止位置において前記固定電極のペアと前記可動電極との前記重なりを生じる少なくとも１つの第２可変容量素子を含んでおり、
    前記パルス電圧供給部は、前記第１ステップの停止位置において前記第１可変容量素子に蓄積される電荷と、前記第２ステップの停止位置において前記第２可変容量素子に蓄積される電荷とが逆の極性を持つか、又は、同一極性で異なる大きさを持つように、前記第１可変容量素子及び前記第２可変容量素子に対する前記パルス電圧の供給を行い、
    前記検出信号生成部は、前記パルス電圧の供給によって前記第１可変容量素子及び前記第２可変容量素子に蓄積される電荷の和に応じた前記検出信号を生成し、前記３ステップの回転を行う場合における第３ステップの停止位置においては、前記第１ステップの停止位置における前記検出信号と前記第２ステップの停止位置における前記検出信号との中間の値を持った前記検出信号を生成する
    ことを特徴とする請求項９に記載の回転式入力装置。
    

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