JP7225398B2 - 入力装置 - Google Patents

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Description

本発明は、入力装置に関する。
従来より、薄型筐体の一主面に設けられた表示面へのタッチ操作を検出する静電容量式のタッチセンサと、前記表示面を背面側から照明するバックライトと、ユーザ操作を検出する接点式の操作キーと、前記タッチセンサの出力に基づいて、前記薄型筐体の側面に手が接触している把持状態であるか否かを判別する把持状態判別手段と、前記操作キーの操作及び前記把持状態の判別結果に基づいて、前記バックライトを消灯状態から点灯状態へ切り替える表示制御手段とを備えたことを特徴とする携帯情報端末がある。また、別な形態として、把持状態を検出するために、薄型筐体の側面の内側に、把持状態検出用のタッチセンサを設けている携帯情報端末もある（例えば、特許文献１（特に図９）参照）。
特開２０１４－１７４６３１号公報
従来の携帯情報端末において、把持状態検出用のタッチセンサは、表示面へのタッチ操作を検出する静電容量式のタッチセンサやバックライトの両端に配置されるため、配置が困難であり、設計が複雑となり、かつ、コスト増大が見込まれるため現実的ではないという課題がある。
そこで、構造が簡易で、コスト増を抑えた入力装置を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態の入力装置は、上面側の操作面と、前記操作面の反対面と、前記操作面の周囲の下側に設けられる側面と、前記側面の下側に設けられる開口部から前記反対面に向けて広がる内部空間とを有する筐体と、前記内部空間内において前記反対面に沿って配置される基板と、前記基板の上面側に配置される第１電極パターンで構成される上面操作検出部であって、前記操作面への操作体の近接又は接触による前記操作体との容量結合によって発生する前記第１電極パターンの静電容量の変化を検出する上面操作検出部と、前記基板の上面操作検出部よりも下側の前記側面側に配置され、前記操作体によって前記筐体の前記側面に行われる側面操作に応じて発生する静電容量の変化を検出する側面操作検出部と、前記上面操作検出部及び前記側面操作検出部の検出結果に基づく操作信号を出力する制御部とを含み、前記側面操作検出部は、前記上面操作検出部を構成する前記第１電極パターンに接続されて一体化されている。
構造が簡易で、コスト増を抑えた入力装置を提供することができる。
実施の形態の入力装置１００を示す図である。 図１のＡ－Ａ矢視断面を示す図である。 入力装置１００の回路構成を示すブロック図である。 基板１３０を示す図である。 上面操作のときの上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力波形の一例を示す図である。 上面操作のときの上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力波形の一例を示す図である。 側面操作のときの側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力波形の一例を示す図である。 入力装置１００の効果を説明する図である。
以下、本発明の入力装置を適用した実施の形態について説明する。
＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の入力装置１００を示す図である。図２は、図１のＡ－Ａ矢視断面を示す図である。以下では、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。ここでは説明の便宜上、Ｚ方向が上下方向に相当するものとして説明する。ただし、Ｚ方向は普遍的な上下方向を示すものではない。
図１及び図２では、操作体としての利用者の指を示す。ここでは利用者の指で操作する形態について説明するが、指以外でも操作可能である。
入力装置１００は、一例として、車両に搭載され、ダッシュボード周辺に配置されるディスプレイパネルに表示されるナビゲーション装置やエアコンディショナ等の様々な装置の操作画面に表示されるＧＵＩ（Graphic User Interface）の操作部等を遠隔操作する際に利用される入力装置である。入力装置１００は、例えば、車両のセンターコンソールのように運転者又は助手席の乗員の手元に配置される。ただし、入力装置１００の利用形態は、このような利用形態に限られるものではない。
入力装置１００は、図２に示すように、基部１１０、支持部１２０、基板１３０、ＩＣ(Integrated Circuit)チップ１４０、ノブ１５０を含む。ＩＣチップ１４０は制御部の一例であり、ノブ１５０は筐体の一例である。
基部１１０は、入力装置１００を車両のセンターコンソール１０に固定する部材であり、溝部１１１、円筒部１１２、及び貫通孔１１３を有する。基部１１０は、中心軸Ｃを中心とする円環状の部材である。
溝部１１１は下方側から上方側に凹んでおり、センターコンソール１０の突起１１に嵌め込まれて固定されている。円筒部１１２は、基部１１０の上方側の外周に沿って設けられており、ノブ１５０の内周面と摺動して回転軸になる部分である。貫通孔１１３は、基部１１０の中央を上下に貫通している。
支持部１２０は、円筒部１２１と円板部１２２を有する。円筒部１２１は、基部１１０の貫通孔１１３に嵌め込まれて固定されている。円板部１２２は、円筒部１２１の上端に接続され、円筒部１２１よりも径方向（中心軸Ｃに対する径方向）に大きく延在している。円板部１２２の上面の中央には凹部が設けられており、後述する基板１３０に設けられたＩＣチップ１４０を収容可能としている。
基板１３０は、複数の配線層と複数の絶縁層とを有する円板状の配線基板である。基板１３０は、支持部１２０に固定されている。基板１３０としては、例えば、ＦＲ－４(Flame Retardant type 4)規格の配線基板を用いることができる。基板１３０は、ノブ１５０への操作を検出する電極パターンが設けられているが、図２では省略する。
ＩＣチップ１４０は、基板１３０の下面の中央に設けられており、基板１３０に含まれる後述する上面電極パターン１３１Ｘ、１３１Ｙ、側面電極パターン１３２Ｘ、１３２Ｙに接続されるとともに、図示しないハーネスワイヤを介して車両のナビゲーション装置やエアコンディショナ等の制御部（ＥＣＵ:Electronic Control Unit）に接続されている。上面電極パターン１３１Ｘ、１３１Ｙは、後述する上面操作による静電容量の変化を検出するために設けられており、側面電極パターン１３２Ｘ、１３２Ｙは、後述する側面操作による静電容量の変化を検出するために設けられている。
ＩＣチップ１４０は、電極パターンで検出される、利用者の指と電極パターンとの容量結合によって発生する静電容量の変化に基づき、ノブ１５０の操作面１５１への接触または近接操作、又は、後述するノブ１５０の外周面１５３に対する接触または近接操作、更に回転操作を検出する。ＩＣチップ１４０は、操作内容を表す操作信号を車両のＥＣＵ等の制御部に出力する。
ノブ１５０は、操作面１５１、反対面１５２、外周面１５３、開口部１５４、内部空間１５５を有する。ノブ１５０は、基部１１０の円筒部１１２を回転軸として中心軸Ｃの周りに回転可能である。また、ノブ１５０は、基板１３０とは離間した状態で支持部１２０に固定されているため、ノブ１５０が回転しても基板１３０は回転しない。
操作面１５１は、ノブ１５０の上面であり、反対面１５２は、操作面１５１とは反対側の面である。外周面１５３は、操作面１５１の周囲の下側に設けられる側面の一例である。開口部１５４は、外周面１５３の下方向端部に取り囲まれた開口部であり、内部空間１５５が連通している。内部空間１５５は、開口部１５４から反対面１５２に向かって広がっており、基部１１０、支持部１２０、基板１３０、及びＩＣチップ１４０を収容する。
図３は、入力装置１００の回路構成を示すブロック図である。ＩＣチップ１４０には、上面電極パターン１３１Ｘ及び側面電極パターン１３２Ｘの直列回路の両端が接続されるとともに、上面電極パターン１３１Ｙ及び側面電極パターン１３２Ｙの直列回路の両端が接続される。
すなわち、基板１３０の上面電極パターン１３１Ｘ及び側面電極パターン１３２Ｘと、上面電極パターン１３１Ｙ及び側面電極パターン１３２Ｙとは、ＩＣチップ１４０に対して並列に接続されている。
実際には、上面電極パターン１３１Ｘ及び側面電極パターン１３２Ｘの直列回路は複数（一例として５個）あり、上面電極パターン１３１Ｙ及び側面電極パターン１３２Ｙの直列回路は複数（一例として５個）あるため、ＩＣチップ１４０には、１０個の上面電極パターン及び側面電極パターンの直列回路が並列に接続されている。
詳細は後述するが、ＩＣチップ１４０は、上面電極パターン１３１Ｘ及び側面電極パターン１３２Ｘと上面電極パターン１３１Ｙ及び側面電極パターン１３２Ｙとの１０個の直列回路によって検出される静電容量に基づいて、いずれの直列回路において上面操作及び側面操作のいずれの操作が行われているかを検出することができる。
図４は、基板１３０を示す図である。図４（Ａ）には基板１３０の最上層の配線層を示し、図４（Ｂ）には、図４（Ａ）に示す最上層よりも下側にある内層（複数ある内層のうちのある１つの層）を示し、図４（Ｃ）には図４（Ａ）におけるＢ－Ｂ矢視断面を示す。
基板１３０は、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）、及び、絶縁層１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃを有する。
基板１３０は、下側から上側にかけて、絶縁層１３３Ａと、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）及び絶縁層１３３Ｂと、絶縁層１３３Ｃと、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）とを積層した構造を有する。図４（Ｃ）には図４（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面を示すため、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）のうちの側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１）及び１３２Ｙ（Ｙ３）と、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）のうちの上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ３）とが見えている。
図４（Ａ）、（Ｃ）に示すように、最上層には、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）が配置される。上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、第１電極パターンの一例である。第１電極パターンの一例としての上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、上面操作検出部の一例でもある。
上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、ノブ１５０の操作面１５１への操作（上面操作）を検出するために設けられている。上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、一例として銅箔製である。
上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）は、Ｘ軸方向に間隔を隔て、Ｙ軸方向に沿って直線的に基板１３０の－Ｙ方向側の端部から＋Ｙ方向側の端部まで延在するストライプ状の５本の電極パターンである。
上面電極パターン１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、Ｙ軸方向に間隔を隔て、Ｘ軸方向に沿って直線的に基板１３０の－Ｘ方向側の端部から＋Ｘ方向側の端部まで延在するストライプ状の５本の電極パターンである。
上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）は、Ｘ軸方向に等間隔で配列され、上面電極パターン１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、Ｙ軸方向に等間隔で配列される。
上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、互いに絶縁されており、図示しない配線を介してＩＣチップ１４０に接続されている。上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、基板１３０の最上層にあり、基板１３０は、ノブ１５０の反対面１５２の真下に最小限の隙間を隔てて配置されている。
このため、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、ノブ１５０の操作面１５１に近接又は接触する指と静電容量結合し、操作面１５１に近接又は接触する指のＸＹ平面内での位置、移動方向、及び移動量に応じた静電容量の変化を検出することができる。
また、基板１３０において、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）よりも下側にある内層には、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）が配置される。
側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、第２電極パターンの一例である。第２電極パターンの一例としての側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、側面操作検出部の一例でもある。側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、一例として銅箔製である。
側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、ノブ１５０の外周面１５３への操作（側面操作）を検出するために設けられている。
側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）は、基板１３０の外周端部に沿って配置されており、一例として平面視で矩形状の形状を有する。側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）は、基板１３０の外周に沿って等間隔で（７２度間隔）で配置されている。側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）は、基板１３０の外周面にまで及んで設けられていてもよい。
また、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、基板１３０の外周端部に沿って配置されており、一例として平面視で矩形状の形状を有する。側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、基板１３０の外周に沿って等間隔で（７２度間隔）で配置されている。
側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）と側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、基板１３０の外周端部に沿って交互に等間隔で配置されている。すなわち、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）として、１０個の導体が同一平面内で基板１３０の外周端部に沿って配置されている。
側面操作を検出するには１０個の導体がある程度離れていることが好ましいため、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の外周方向における長さは、一例として、基板１３０の外周の長さを１０分割した長さの半分以下であることが好ましい。
側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、側面操作を検出するために設けられているため、基板１３０の径方向の幅をそれほど広くする必要はなく、径方向よりも周方向に長い導体であればよい。
側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、基板１３０の層間を接続するビア（図示を省略）や配線等を介して、それぞれ、図４（Ａ）に示す上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）に接続されて一体化されている。
すなわち、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１）と側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１）とは、基板１３０の内部で一本の導体であり、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１）と側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１）の両端が図示しない配線を介してＩＣチップ１４０に接続されている。これは、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ２～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ２～Ｙ５）と側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ２～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ２～Ｙ５）とについても、それぞれ同様である。
側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）よりも下側にあり、操作面１５１から見ると上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の裏側にあるので、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）に比べると、操作面１５１に近接又は接触する指と静電容量結合しにくい。
側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、ノブ１５０の外周面１５３に近く、外周面１５３との間には導体が存在しないため、ノブ１５０の外周面１５３に近接又は接触する指と静電容量結合する。
このため、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、ノブ１５０の外周面１５３に近接又は接触する指の位置、回転方向における移動方向、及び移動量に応じた静電容量の変化を検出することができる。 なお、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）が設けられる最上層との間に、別の配線層を挟んだ位置関係であってもよい。上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）が側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）に及ぼす影響を低減できるからである。
図５は、上面操作のときの上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力波形の一例を示す図である。図５（Ａ）、（Ｂ）において、基板１３０の下側には、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）の出力（検出値）の波形の時間的変化を示し、基板１３０の左側には、上面電極パターン１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力（検出値）の波形の時間的変化を示す。各波形図は、波形の振幅（検出値）と位置の関係を示す。なお、検出値は、電圧値をデジタル変換して得るカウント値を表す。
図５（Ａ）に示すように、操作面１５１に接触した指を上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ３）に沿って＋Ｙ方向側から－Ｙ方向側に移動させると、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）の出力は、基板１３０の下側に示すように、指の位置（Ｘ３）をピークとする正弦波状のパルスになり、指が移動しても変化せずに一定になる。また、このとき上面電極パターン１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力は、基板１３０の左側に示すように、指の位置をピークとする正弦波状のパルスが＋Ｙ方向側から－Ｙ方向側に移動する。
また、図５（Ｂ）に示すように、操作面１５１に接触した指を上面電極パターン１３１Ｙ（Ｙ３）に沿って－Ｘ方向側から＋Ｘ方向側に移動させると、上面電極パターン１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力は、基板１３０の左側に示すように、指の位置（Ｙ３）をピークとする正弦波状のパルスになり、指が移動しても変化せずに一定になる。また、このとき上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）の出力は、基板１３０の下側に示すように、指の位置をピークとする正弦波状のパルスが－Ｘ方向側から＋Ｘ方向側に移動する。
図６は、上面操作のときの上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力波形の一例を示す図である。図６には、操作面１５１に接触した指をＸ軸及びＹ軸に対して斜め４５度の方向に移動させた場合の上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力波形を示す。波形の示し方は、図５と同様である。
図６（Ａ）に示すように、操作面１５１に接触した指を基板１３０の－Ｘ方向側かつ＋Ｙ方向側から＋Ｘ方向側かつ－Ｙ方向側に斜めに移動させると、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力は、指の位置をピークとする正弦波状のパルスが指の移動方向に沿って移動する波形になる。
また、図６（Ｂ）に示すように、操作面１５１に接触した指を基板１３０の－Ｘ方向側かつ－Ｙ方向側から＋Ｘ方向側かつ＋Ｙ方向側に斜めに移動させると、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力は、指の位置をピークとする正弦波状のパルスが指の移動方向に沿って移動する波形になる。
図５及び図６に示すように、操作面１５１に接触した指を移動させると、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力は、正弦波状のパルスが指のＸ成分及びＹ成分の移動に応じて連続的に変化する波形になる。
図７は、側面操作のときの側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力波形の一例を示す図である。図７（Ａ）には基板１３０への側面操作の様子を示し、図７（Ｂ１）～（Ｂ８）には側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力波形の時間変化を示す。
なお、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）の出力波形を実線で示し、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力波形を破線で示す。各波形図は、図５及び図６と同様に、波形の振幅（検出値）と位置の関係を示す。
一例として、側面操作でノブ１５０を回転させて、指の位置が側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１）から時計回りに側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ２）まで移動したとする。このときの波形は、矢印で示すように図７（Ｂ１）から図７（Ｂ８）にかけて隣接する各電極パターンそれぞれに指の位置が１つずつずれてゆく状況を表すものである。
まず、図７（Ｂ１）に示すように、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１）の出力（検出値）が最大になり、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ２～Ｘ５）の出力（検出値）は略ゼロである。また、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１）の隣の側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ１）及び１３２Ｙ（Ｙ５）は、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１）の出力（検出値）の半分の出力（検出値）になる。
次に、図７（Ｂ２）に示すように、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ５）の出力（検出値）が最大になり、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ４）の出力（検出値）は略ゼロである。また、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ５）の隣の側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１）及び１３２Ｘ（Ｘ５）は、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ５）の出力（検出値）の半分の出力（検出値）になる。
次に、図７（Ｂ３）に示すように、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ５）の出力（検出値）が最大になり、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ４）の出力（検出値）は略ゼロである。また、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ５）の隣の側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ５）及び１３２Ｙ（Ｙ４）は、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ５）の出力（検出値）の半分の出力（検出値）になる。
次に、図７（Ｂ４）に示すように、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ４）の出力（検出値）が最大になり、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ３、Ｙ５）の出力（検出値）は略ゼロである。また、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ４）の隣の側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ５）及び１３２Ｘ（Ｘ４）は、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ４）の出力（検出値）の半分の出力（検出値）になる。
次に、図７（Ｂ５）に示すように、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ４）の出力（検出値）が最大になり、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ３、Ｘ５）の出力（検出値）は略ゼロである。また、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ４）の隣の側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ４）及び１３２Ｙ（Ｙ３）は、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ４）の出力（検出値）の半分の出力（検出値）になる。
次に、図７（Ｂ６）に示すように、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ３）の出力（検出値）が最大になり、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ２、Ｙ４～Ｙ５）の出力（検出値）は略ゼロである。また、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ３）の隣の側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ４）及び１３２Ｘ（Ｘ３）は、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ３）の出力（検出値）の半分の出力（検出値）になる。
次に、図７（Ｂ７）に示すように、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ３）の出力（検出値）が最大になり、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ２、Ｘ４～Ｘ５）の出力（検出値）は略ゼロである。また、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ３）の隣の側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ３）及び１３２Ｙ（Ｙ２）は、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ３）の出力（検出値）の半分の出力（検出値）になる。
最後に、図７（Ｂ８）に示すように、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ２）の出力（検出値）が最大になり、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ１、Ｙ３～Ｙ５）の出力（検出値）は略ゼロである。また、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ２）の隣の側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ３）及び１３２Ｘ（Ｘ２）は、側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ２）の出力（検出値）の半分の出力（検出値）になる。
以上のように、側面操作の場合は、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）が基板１３０の外周方向において途切れているため、図５及び図６に示すように連続した正弦波の出力波形にはならず、上面操作のときの出力波形とは異なる。
より具体的には、操作面１５１に対する指による連続的な操作時に発生する上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の静電容量の変化と、外周面１５３に対する指による連続的な操作時に発生する側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の静電容量の変化とは異なる推移パターンになる。つまり、上面操作が連続的に行われた時とは明確に異なる出力波形を得ることができる。
このため、ＩＣチップ１４０の内部メモリに図５乃至図７に示す出力波形を表すデータを格納しておけば、上面操作又は側面操作が行われて上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）又は側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の検出結果を表す出力波形がＩＣチップ１４０に入力されたときに、ＩＣチップ１４０は、出力波形にパターンに応じて上面操作又は側面操作のいずれが行われたかを判別することができる。
また、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）又は側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の検出結果を表す出力波形に基づいて、上面操作又は側面操作による指の位置、移動方向、移動量を検出することができる。
そして、このような上面操作と側面操作の判別は、基板１３０に設けた上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）又は側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の検出結果を表す出力波形に基づいて行うことができる。
基板１３０は、最上層に上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）を有し、内層に側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）を有するため、構造が簡易であり、低コストで作製可能である。
したがって、構造が簡易で、コスト増を抑えた入力装置１００を提供することができる。
また、実施の形態によれば、上述のように、上面操作と側面操作を判別できる入力装置１００を提供することができる。入力装置１００は、ノブ１５０の上面に行われる上面操作であれば、どの位置に行われても、指の位置（座標）、移動方向、移動量を検出することができる。また、本実施例においては指が一本である例を示しているが、指が２本以上の場合も同様に検出が可能である。それにより、ノブ１５０をつまんだ状態でなされる回転操作も判別することができる。
図８は、入力装置１００の効果を説明する図である。図８（Ａ）は、ノブ１５０を回転させる側面操作を示す図であり、図８（Ｂ）は、上面操作を示す図である。
図８（Ｂ）に示す上面操作は、１本の指がノブ１５０の操作面１５１の外周端の近くに触れていて、破線で示す指の位置から実線で示す指の位置まで、指が操作面１５１に触れたまま円弧状に入力が行われた上面操作である。
このような上面操作が行われると、図５及び図６に示すように、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力波形は、正弦波状で連続した波形になる。また、このときに、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力があって上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力波形に重畳されたとしても、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力波形に比べて微弱であれば、上面操作と側面操作の判別に問題は生じない。
また、図８（Ａ）に示すように、側面操作が行われた場合は、図７に示すような出力波形が側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）からＩＣチップ１４０に入力される。図７に示す出力波形は、図５及び図６に示す出力波形とは全く異なる。また、側面操作の場合には、ノブ１５０の操作面１５１よりも下側で外周面１５３に指が触れるため、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力があっても、上面電極パターン１３１２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の出力に比べれば微弱である。
このため、図８（Ｂ）に示すように、１本の指がノブ１５０の操作面１５１の外周端の近くに触れながら円弧状に移動しても、図８（Ａ）に示す側面操作と区別することができる。また、これは、上面操作が２本の指で行われた場合も同様であり、ノブ１５０を回転させる側面操作が１本の指で行われた場合も同様である。
さらに、円弧状に移動せずに操作面１５１の外周端の近くに指が触れるだけの上面操作は、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の静電容量値の変化が主として検出され、ノブ１５０の外周面１５３に指が触れるだけの側面操作は、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）の静電容量値の変化が主として検出される。そのため、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）による静電容量の出力値を比較することでこれらの操作を判別することもできる。
実施の形態によれば、上述のように上面操作と側面操作を判別できる入力装置１００を提供することができる。
また、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）と側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）とを１つの基板１３０に実装できるので、部品の追加が実質的に無い形態で実現でき、容易な構成で上面操作と側面操作を判別できる入力装置１００を提供することができる。
また、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）を上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）よりも下側に設けたので、基板１３０上においてＸＹ平面方向にそれぞれの電極パターンを設けるよりも省スペース化を図ることができる。なお、側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）は、基板１３０の最下層（図４（Ｃ）に示す絶縁層１３３Ａの下面）に設けられていてもよい。この場合も同様に省スペース化を図ることができる。
また、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）と側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）とは、それぞれ、基板１３０の内部で一本の導体で実現されており、上面電極パターン１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）と側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）とは、それぞれ、基板１３０の内部で一本の導体で実現されている。そして、上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）と側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）とのそれぞれの１本の導体の両端は、ＩＣチップ１４０に接続されている。また、上面電極パターン１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）と側面電極パターン１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）とのそれぞれの１本の導体の両端は、ＩＣチップ１４０に接続されている。
このため、２つの電極パターン（上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）と側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５））を用いても、１つの制御部で上面操作と側面操作を判別し、検出することができる。すなわち、上面操作と側面操作を判別し、指の位置（座標）、移動方向、移動量を検出する制御部をＩＣチップ１４０の内部に２つ設ける必要はなく、また、２つのＩＣチップ１４０を設ける必要もない。
また、２つの電極パターン（上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）と側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５））が平面視で互いに異なるパターンを有するため、互いの検出精度を向上させることができる。
なお、以上では、上面操作を検出する上面電極パターン１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）がＸ方向及びＹ方向に５本ずつ配置される形態について説明したが、本数は適宜設定することができ、Ｘ方向とＹ方向とで異なっていてもよい。
また、以上では、側面操作を検出する側面電極パターン１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）及び１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５）が１０個配置される形態について説明したが、電極の数はノブ１５０のサイズや分解能に応じて適宜設定することができる。
また、以上では、ノブ１５０が基部１１０に対して回転可能である形態について説明したが、ノブ１５０は回転可能ではなく固定式であってもよい。この場合は、ノブ１５０と基板１３０とが離間することなく接触して配置されていてもよい。また、ノブ１５０が固定される場合はノブ１５０の外周面１５３を指でなぞることで回転操作が可能である。
以上、本発明の例示的な実施の形態の入力装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
なお、本国際出願は、２０１９年６月２８日に出願した日本国特許出願２０１９－１２２０７６に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
１００入力装置
１３０ 基板
１３１Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）、１３１Ｙ（Ｙ１～Ｙ５） 上面電極パターン（第１電極パターン）
１３２Ｘ（Ｘ１～Ｘ５）、１３２Ｙ（Ｙ１～Ｙ５） 側面電極パターン（第２電極パターン）
１４０ ＩＣチップ（制御部）
１５０ ノブ（筐体）
１５１ 操作面
１５２ 反対面
１５３ 外周面
１５４ 開口部
１５５ 内部空間

Claims (5)

  1. 上面側の操作面と、前記操作面の反対面と、前記操作面の周囲の下側に設けられる側面と、前記側面の下側に設けられる開口部から前記反対面に向けて広がる内部空間とを有する筐体と、
    前記内部空間内において前記反対面に沿って配置される基板と、
    前記基板の上面側に配置される第１電極パターンで構成される上面操作検出部であって、前記操作面への操作体の近接又は接触による前記操作体との容量結合によって発生する前記第１電極パターンの静電容量の変化を検出する上面操作検出部と、
    前記基板の上面操作検出部よりも下側の前記側面側に配置され、前記操作体によって前記筐体の前記側面に行われる側面操作に応じて発生する静電容量の変化を検出する側面操作検出部と、
    前記上面操作検出部及び前記側面操作検出部の検出結果に基づく操作信号を出力する制御部と
    を含み、
    前記側面操作検出部は、前記上面操作検出部を構成する前記第１電極パターンに接続されて一体化されている、入力装置。
  2. 上面側の操作面と、前記操作面の反対面と、前記操作面の周囲の下側に設けられる側面と、前記側面の下側に設けられる開口部から前記反対面に向けて広がる内部空間とを有する筐体と、
    前記内部空間内において前記反対面に沿って配置される基板と、
    前記基板の上面側に配置される第１電極パターンで構成される上面操作検出部であって、前記操作面への操作体の近接又は接触による前記操作体との容量結合によって発生する前記第１電極パターンの静電容量の変化を検出する上面操作検出部と、
    前記基板の上面操作検出部よりも下側の前記側面側に配置され、前記操作体によって前記筐体の前記側面に行われる側面操作に応じて発生する静電容量の変化を検出する側面操作検出部と、
    前記上面操作検出部及び前記側面操作検出部の検出結果に基づく操作信号を出力する制御部と
    を含み、
    前記側面操作検出部は、前記基板の内層又は下面層に配置される第２電極パターンで構成され、前記操作体の近接又は接触による前記操作体との静電容量の変化を検出する、入力装置。
  3. 前記第１電極パターンはそれぞれ前記操作体と静電容量結合を行う複数の電極で構成され、前記第２電極パターンはそれぞれ前記操作体と静電容量結合を行う複数の電極で構成され、前記操作面に対する前記操作体による連続的な操作時に発生する前記第１電極パターンの複数の電極の静電容量の変化と、前記側面に対する前記操作体による連続的な操作時に発生する前記第２電極パターンの複数の電極の静電容量の変化とは異なる推移パターンを有し、前記制御部は前記推移パターンの違いに基づいて前記操作面への操作体の近接又は接触と、前記側面操作とを判別する、請求項２記載の入力装置。
  4. 前記筐体は、前記操作面の周囲に沿った方向への回転操作が可能であり、
    前記側面操作検出部は、前記側面操作として前記回転操作を検出可能である、請求項１乃至３のいずれか一項記載の入力装置。
  5. 上面側の操作面と、前記操作面の反対面と、前記操作面の周囲の下側に設けられる側面と、前記側面の下側に設けられる開口部から前記反対面に向けて広がる内部空間とを有する筐体と、
    前記内部空間内において前記反対面に沿って配置される基板と、
    前記基板の上面側に配置される第１電極パターンで構成される上面操作検出部であって、前記操作面への操作体の近接又は接触による前記操作体との容量結合によって発生する前記第１電極パターンの静電容量の変化を検出する上面操作検出部と、
    前記基板の上面操作検出部よりも下側の前記側面側に配置され、前記操作体によって前記筐体の前記側面に行われる側面操作に応じて発生する静電容量の変化を検出する側面操作検出部と、
    前記上面操作検出部及び前記側面操作検出部の検出結果に基づく操作信号を出力する制御部と
    を含み、
    前記筐体は、前記操作面の周囲に沿った方向への回転操作が可能であり、
    前記側面操作検出部は、前記側面操作として前記回転操作を検出可能である、入力装置。
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