JPWO2016152504A1 - Rotary input device - Google Patents
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Abstract
静電容量の変化を示す信号成分がオフセット成分の変動に近い場合でも、静電容量の変化を正確に検出して回転方向を判定できる回転式入力装置を提供することにある。検出信号生成部110は、パルス電圧の供給によって第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を生成する。また、操作部10において3ステップの回転を行う場合において、可変容量素子を持たない第3ステップの停止位置においては第1可変容量素子VC1の停止位置における検出信号と第2可変容量素子VC2の停止位置における検出信号との中間の値を持った検出信号を生成する。信号処理部120は、可変容量素子VCの静電容量の変化に対応する検出信号の変化に基づいて、操作部10の回転方向を判定する。An object of the present invention is to provide a rotary input device that can accurately detect a change in capacitance and determine a rotation direction even when a signal component indicating a change in capacitance is close to a change in an offset component. The detection signal generation unit 110 generates a detection signal corresponding to the sum of charges accumulated in the first variable capacitance element VC1 and the second variable capacitance element VC2 by supplying a pulse voltage. Further, when the operation unit 10 is rotated by three steps, the detection signal at the stop position of the first variable capacitor VC1 and the stop of the second variable capacitor VC2 at the stop position of the third step without the variable capacitor. A detection signal having a value intermediate to the detection signal at the position is generated. The signal processing unit 120 determines the rotation direction of the operation unit 10 based on the change in the detection signal corresponding to the change in the capacitance of the variable capacitance element VC.
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。 The present invention relates to a rotary input device such as a rotary encoder, and more particularly to a rotary input device that detects rotation using a change in capacitance.
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。
2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus that detects the rotation of an operating body using a change in capacitance is known. For example, in
対向する電極間の静電容量の変化を利用して回転を検出する場合、静電容量の検出感度を高めるためには、電極の間隔を十分に狭くする必要がある。しかしながら、例えばタッチパネルの表側の面に回転操作のつまみを設ける場合、強度や耐久性、耐水性などを確保するため、タッチパネルの裏側の面に固定電極を設けることが望ましい。その場合、回転電極と固定電極とがタッチセンサの表側と裏側に配置されることとなり、両者の間隔を狭くすることが難しくなる。電極の間隔が広がると、静電容量の検出感度が低下し、温度変化等によるオフセット成分の変動と静電容量の変化による信号成分とが近づいてくるため、信号成分のレベルの大小(ハイレベル/ローレベル等)を固定のしきい値との比較では判定できなくなるという問題が生じる。 In the case of detecting the rotation by using the change in capacitance between the opposing electrodes, it is necessary to sufficiently narrow the gap between the electrodes in order to increase the detection sensitivity of the capacitance. However, for example, when a knob for rotating operation is provided on the front surface of the touch panel, it is desirable to provide a fixed electrode on the back surface of the touch panel in order to ensure strength, durability, water resistance, and the like. In this case, the rotating electrode and the fixed electrode are disposed on the front side and the back side of the touch sensor, and it is difficult to narrow the distance between them. As the electrode spacing increases, the detection sensitivity of the capacitance decreases, and the fluctuation of the offset component due to temperature changes and the signal component due to the change in capacitance approach each other, so the level of the signal component (high level) / Low level, etc.) cannot be determined by comparison with a fixed threshold value.
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、静電容量の変化を示す信号成分がオフセット成分の変動に近い場合でも、静電容量の変化を正確に検出して回転方向を判定できる回転式入力装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to accurately detect a change in capacitance and detect the direction of rotation even when a signal component indicating a change in capacitance is close to a change in an offset component. It is to provide a rotary input device that can determine the above.
本発明の第1の観点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、前記可動電極との位置関係に応じて静電容量が変化す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、前記操作部を前記停止位置から一定の方向へ前記単位回転角ずつNステップ回転させる場合におけるN個の停止位置のうち、1つの停止位置における静電容量が他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。
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容量差の増大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容量差の増大を生じる少なくとも1つの第2可変容量素子を含む。
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パルス電圧の供給を行う。
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。
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する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。A rotary input device according to a first aspect of the present invention includes a base part, an operation part rotatably supported by the base part, and provided in the operation part, from a rotation shaft of the operation part. A center corresponding to a plurality of movable electrodes arranged at equal intervals on the circumference of the first virtual circle having the same distance, and an arc sandwiched between the positions of the two movable electrodes adjacent on the circumference of the first virtual circle A moderation mechanism that suppresses rotation of the operation unit at a stop position set for each unit rotation angle that is an angle divided into N (N is an integer of 3 or more), and is provided in the base unit A plurality of variable capacitance elements arranged on a circumference of a second virtual circle that moves in parallel with the first virtual circle with respect to the rotation axis, and whose capacitance changes according to a positional relationship with the movable electrode. And a pulse voltage for supplying a pulse voltage to each of the plurality of variable capacitance elements. A supply unit; a detection signal generation unit configured to generate a detection signal corresponding to charges accumulated in the plurality of variable capacitance elements by supplying the pulse voltage; and determining a rotation direction of the operation unit based on the detection signal A signal processing unit.
The variable capacitance element has a capacitance at one stop position other than the N stop positions when the operation unit is rotated N steps from the stop position in a certain direction by the unit rotation angle. There is a large difference in capacitance with respect to the electrostatic capacity.
The plurality of variable capacitance elements has at least one first capacitance that causes an increase in the capacitance difference at the stop position of the first step when the operation unit is rotated by three unit rotation angles from the predetermined stop position in a predetermined direction. 1 variable capacitance element and at least 1 2nd variable capacitance element which produces the increase in the said capacitance difference in the stop position of a 2nd step.
The pulse voltage supply unit reverses the charge accumulated in the first variable capacitance element at the stop position of the first step and the charge accumulated in the second variable capacitance element at the stop position of the second step. The pulse voltage is supplied so as to have the same polarity or the same polarity and different magnitudes.
The detection signal generation unit generates the detection signal according to a sum of charges accumulated in the first variable capacitance element and the second variable capacitance element by supplying the pulse voltage, and performs the three-step rotation. At the stop position of the third step in this case, the detection signal having an intermediate value between the detection signal at the stop position of the first step and the detection signal at the stop position of the second step is generated.
The signal processing unit determines a rotation direction of the operation unit based on a change in the detection signal corresponding to a change in capacitance of the variable capacitance element.
上記の構成によれば、前記操作部の前記停止位置が前記所定の方向へ回転する場合と、前記所定の方向と逆の方向へ回転する場合とで、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の変化が異なるため、前記検出信号の変化が異なる。従って、前記検出信号を固定のしきい値と比較せずとも、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が可能となる。 According to said structure, when the said stop position of the said operation part rotates to the said predetermined direction, and the case where it rotates to the direction opposite to the said predetermined direction, said 1st variable capacitance element and said 2nd Since the change in the sum of charges accumulated in the variable capacitance element is different, the change in the detection signal is different. Therefore, the rotation direction of the operation unit can be determined based on a change in the detection signal without comparing the detection signal with a fixed threshold value.
好適に、前記複数の可変容量素子は、前記操作部を前記所定の停止位置から前記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3ステップの停止位置において前記容量差の増大を生じる少なくとも1つの第3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パルス電圧の供給を行う第1動作モード、及び、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、前記第3ステップの停止位置において前記第3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パルス電圧の供給を行う第2動作モードを交互に繰り返してよい。
前記検出信号生成部は、前記第1動作モードの場合、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第1検出信号を生成し、前記第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第1検出信号と前記第2ステップの停止位置における前記第1検出信号との中間の値を持った前記第1検出信号を生成し、前記第2動作モードの場合、前記パルス電圧の供給によって前記第2可変容量素子及び前記第3可変容量素子に蓄積される電荷の和に応じた第2検出信号を生成し、前記第1ステップの停止位置においては、前記第2ステップの停止位置における前記第2検出信号と前記第3ステップの停止位置における前記第2検出信号との中間の値を持った前記第2検出信号を生成してよい。
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する前記第1検出信号及び前記第2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。Preferably, the plurality of variable capacitance elements increase the capacitance difference at a stop position of a third step when the operation unit is rotated by three unit rotation angles from the predetermined stop position in the predetermined direction by the unit rotation angle. The resulting at least one third variable capacitance element may be included.
The pulse voltage supply unit reverses the charge accumulated in the first variable capacitance element at the stop position of the first step and the charge accumulated in the second variable capacitance element at the stop position of the second step. In the first operation mode in which the pulse voltage is supplied so as to have the same polarity or different sizes, and in the stop position of the second step, the second variable capacitance element is accumulated. The pulse voltage is supplied so that the electric charge and the electric charge accumulated in the third variable capacitance element at the stop position of the third step have opposite polarities or have the same polarity and different magnitudes. The second operation mode may be repeated alternately.
In the first operation mode, the detection signal generation unit generates a first detection signal corresponding to a sum of charges accumulated in the first variable capacitance element and the second variable capacitance element by supplying the pulse voltage. At the stop position of the third step, the first value having an intermediate value between the first detection signal at the stop position of the first step and the first detection signal at the stop position of the second step. A detection signal is generated, and in the second operation mode, a second detection signal corresponding to a sum of charges accumulated in the second variable capacitance element and the third variable capacitance element is generated by supplying the pulse voltage. The stop position of the first step has an intermediate value between the second detection signal at the stop position of the second step and the second detection signal at the stop position of the third step. It may generate a second detection signal.
The signal processing unit may determine a rotation direction of the operation unit based on changes in the first detection signal and the second detection signal corresponding to a change in capacitance of the variable capacitance element.
上記の構成によれば、前記可変容量素子の静電容量の変化に対応する前記第1検出信号及び前記第2検出信号の変化を参照することによって、1つの検出信号のみを参照する場合に比べて、前記操作部の回転方向と停止位置がより正確に判定される。 According to the above configuration, the change in the first detection signal and the second detection signal corresponding to the change in the capacitance of the variable capacitance element is referred to as compared with the case where only one detection signal is referred to. Thus, the rotation direction and stop position of the operation unit are more accurately determined.
好適に、前記複数の可変容量素子は、前記操作部を前記所定の停止位置から前記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3ステップの停止位置において前記容量差の増大を生じる少なくとも1つの第3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第1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第2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パルス電圧の供給を行う第1動作モード、前記第2ステップの停止位置において前記第2可変容量素子に前記第1電荷が蓄積され、前記第3ステップの停止位置において前記第3可変容量素子に前記第2電荷が蓄積されるように前記パルス電圧の供給を行う第2動作モード、及び、前記第1ステップの停止位置において前記第1可変容量素子に前記第1電荷が蓄積され、前記第3ステップの停止位置において前記第3可変容量素子に前記第2電荷が蓄積されるように前記パルス電圧の供給を行う第3動作モードを順番に繰り返してよい。
前記検出信号生成部は、
前記第1動作モードの場合、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第1検出信号を生成し、前記第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第1検出信号と前記第2ステップの停止位置における前記第1検出信号との中間の値を持った前記第1検出信号を生成し、
前記第2動作モードの場合、前記パルス電圧の供給によって前記第2可変容量素子及び前記第3可変容量素子に蓄積される電荷の和に応じた第2検出信号を生成し、前記第1ステップの停止位置においては、前記第2ステップの停止位置における前記第2検出信号と前記第3ステップの停止位置における前記第2検出信号との中間の値を持った前記第2検出信号を生成し、
前記第3動作モードの場合、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3可変容量素子に蓄積される電荷の和に応じた第3検出信号を生成し、前記第2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第3検出信号と前記第3ステップの停止位置における前記第3検出信号との中間の値を持った前記第3検出信号を生成してよい。
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する前記第1検出信号、前記第2検出信号及び前記第3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。Preferably, the plurality of variable capacitance elements increase the capacitance difference at a stop position of a third step when the operation unit is rotated by three unit rotation angles from the predetermined stop position in the predetermined direction by the unit rotation angle. The resulting at least one third variable capacitance element may be included.
The pulse voltage supply unit includes a first charge accumulated in the first variable capacitance element at the stop position of the first step and a second charge accumulated in the second variable capacitance element at the stop position of the second step. In the first operation mode in which the pulse voltage is supplied so that the electric charges have opposite polarities or have the same polarity and different magnitudes, the second variable capacitance element is applied to the second variable capacitance element at the stop position of the second step A second operation mode in which the pulse voltage is supplied so that the first charge is accumulated and the second charge is accumulated in the third variable capacitance element at the stop position of the third step; and the first step The first charge is accumulated in the first variable capacitance element at a stop position, and the second charge is accumulated in the third variable capacitance element at the stop position in the third step. The third mode of operation to supply the scan voltage may be repeated sequentially.
The detection signal generator is
In the first operation mode, a first detection signal corresponding to a sum of charges accumulated in the first variable capacitance element and the second variable capacitance element is generated by supplying the pulse voltage, and the third step At the stop position, the first detection signal having an intermediate value between the first detection signal at the stop position of the first step and the first detection signal at the stop position of the second step is generated.
In the second operation mode, a second detection signal corresponding to a sum of charges accumulated in the second variable capacitance element and the third variable capacitance element by generating the pulse voltage is generated, and the first step At the stop position, the second detection signal having an intermediate value between the second detection signal at the stop position of the second step and the second detection signal at the stop position of the third step is generated.
In the third operation mode, a third detection signal corresponding to a sum of charges accumulated in the first variable capacitance element and the third variable capacitance element is generated by supplying the pulse voltage, and the second step At the stop position, the third detection signal having an intermediate value between the third detection signal at the stop position of the first step and the third detection signal at the stop position of the third step may be generated. .
The signal processing unit determines a rotation direction of the operation unit based on changes in the first detection signal, the second detection signal, and the third detection signal corresponding to a change in capacitance of the variable capacitance element. You can do it.
上記の構成によれば、3つの検出信号の変化を参照することによって、前記操作部の回転方向と停止位置がより正確に判定される。 According to said structure, the rotation direction and stop position of the said operation part are determined more correctly by referring the change of three detection signals.
好適に、前記信号処理部は、前記第1検出信号から前記第2検出信号を減算して得られる検出信号、前記第2検出信号と前記第3検出信号とを加算して得られる検出信号、並びに、前記第1検出信号と前記第3検出信号とを加算して得られる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。
上記の構成によれば、回転方向の判定に用いる信号の変化が大きくなるため、より正確な判定が可能となる。Preferably, the signal processing unit is a detection signal obtained by subtracting the second detection signal from the first detection signal, a detection signal obtained by adding the second detection signal and the third detection signal, In addition, the rotation direction of the operation unit may be determined based on a change in the detection signal obtained by adding the first detection signal and the third detection signal.
According to said structure, since the change of the signal used for determination of a rotation direction becomes large, more accurate determination is attained.
本発明の第2の観点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、前記可動電極との位置関係に応じて静電容量が変化す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、前記操作部を一つの前記停止位置から一定の方向へ前記単位回転角ずつNステップ回転させる場合におけるN個の停止位置のうち、1つの停止位置における静電容量が他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。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する。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。A rotary input device according to a second aspect of the present invention includes a base part, an operation part rotatably supported by the base part, and provided in the operation part, from the rotation shaft of the operation part. A center corresponding to a plurality of movable electrodes arranged at equal intervals on the circumference of the first virtual circle having the same distance, and an arc sandwiched between the positions of the two movable electrodes adjacent on the circumference of the first virtual circle A moderation mechanism that suppresses rotation of the operation unit at a stop position set for each unit rotation angle that is an angle divided into N (N is an integer of 3 or more), and is provided in the base unit A plurality of variable capacitance elements arranged on a circumference of a second virtual circle that moves in parallel with the first virtual circle with respect to the rotation axis, and whose capacitance changes according to a positional relationship with the movable electrode. And a pulse voltage for supplying a pulse voltage to each of the plurality of variable capacitance elements. A supply unit; a detection signal generation unit configured to generate a detection signal corresponding to charges accumulated in the plurality of variable capacitance elements by supplying the pulse voltage; and determining a rotation direction of the operation unit based on the detection signal A signal processing unit.
The variable capacitance element has a capacitance at one stop position among N stop positions when the operation unit is rotated N steps from the one stop position in a certain direction by the unit rotation angle. Large capacitance difference with respect to the capacitance at the stop position. The pulse voltage supply unit includes three detection signals generated by the detection signal generation unit at three stop positions when the operation unit is rotated by three unit rotation angles from a predetermined stop position in a predetermined direction. A pulse voltage is supplied to each of the plurality of variable capacitance elements so that the signals have different levels. The signal processing unit determines a rotation direction of the operation unit based on a change in the detection signal corresponding to a change in capacitance of the variable capacitance element.
好適に、上記第1の観点及び第2の観点に係る回転式入力装置は、前記基台部に設けられ、前記第2仮想円の周上に配置された複数の固定電極を具備してよく、この場合、前記第2仮想円の周上において隣接する前記固定電極のペアが一つの前記可変容量素子を構成してよい。
前記固定電極のペアを形成する各固定電極は、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てよい。Preferably, the rotary input device according to the first aspect and the second aspect may include a plurality of fixed electrodes provided on the base portion and disposed on a circumference of the second virtual circle. In this case, a pair of the fixed electrodes adjacent on the circumference of the second virtual circle may constitute one variable capacitance element.
Each fixed electrode forming the pair of fixed electrodes is provided at a position where it can overlap with the common movable electrode when viewed from a direction parallel to the rotation axis when the operation unit is at the stop position. It's okay.
上記の構成によれば、前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量が大きくなるため、静電容量の検出感度が向上する。 According to said structure, since the electrostatic capacitance between the said fixed electrode and the said movable electrode becomes large, the detection sensitivity of an electrostatic capacitance improves.
好適に、前記信号処理部は、基準値と前記検出信号との差に基づいて前記検出信号の変化のパターンを判別し、当該判別した変化のパターンに基づいて前記操作部の回転方向を判定し、前記検出信号の変化が一定時間継続して発生しない場合は、最後の前記検出信号の変化が発生した後における前記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してよい。 Preferably, the signal processing unit determines a change pattern of the detection signal based on a difference between a reference value and the detection signal, and determines a rotation direction of the operation unit based on the determined change pattern. When the change in the detection signal does not continuously occur for a certain time, the previous reference value is updated to a new reference value based on the average value of the detection signal after the last change in the detection signal has occurred. You can do it.
上記の構成によれば、前記検出信号の変化が小さい場合、すなわち前記操作部が回転していない場合に前記基準値の更新が行われるため、古い基準値が最新の適切な基準値に更新される。 According to the above configuration, when the change in the detection signal is small, that is, when the operation unit is not rotating, the reference value is updated, so the old reference value is updated to the latest appropriate reference value. The
好適に、前記信号処理部は、一連の前記回転方向の判定結果に基づいて、現在の停止位置が、前記操作部を前記所定の停止位置から前記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前記3つの停止位置の何れであるかを判定し、現在の停止位置が前記基準値の更新を行ったときの停止位置と等しい場合、現在の停止位置において生成された前記検出信号に基づいて前記基準値の更新を行ってよい。 Preferably, the signal processing unit rotates the operation unit from the predetermined stop position to the predetermined direction by the unit rotation angle by three steps based on a series of determination results of the rotation direction. When the current stop position is equal to the stop position when the reference value is updated, the detection signal generated at the current stop position is determined. Based on this, the reference value may be updated.
上記の構成によれば、前記操作部が回転中であっても、古い基準値が最新の適切な基準値に更新される。 According to said structure, even if the said operation part is rotating, an old reference value is updated to the newest appropriate reference value.
好適に、前記信号処理部は、現在の停止位置が前記基準値の更新を行ったときの停止位置と等しい場合であっても、現在の停止位置において生成された前記検出信号と前記基準値との差が所定のしきい値より大きいならば、当該検出信号を用いた基準値の更新を中止してよい。 Preferably, the signal processing unit includes the detection signal generated at the current stop position and the reference value even when the current stop position is equal to the stop position when the reference value is updated. If the difference is larger than a predetermined threshold value, updating of the reference value using the detection signal may be stopped.
本発明によれば、静電容量の変化を示す信号成分がオフセット成分の変動に近い場合でも、静電容量の変化を正確に検出して回転方向を判定できる。 According to the present invention, even when the signal component indicating the change in capacitance is close to the fluctuation of the offset component, the rotation direction can be determined by accurately detecting the change in capacitance.
<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。<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a rotary input device according to an embodiment of the present invention. The rotary input device according to the present embodiment is a device that detects a user's rotation operation using a change in capacitance between electrodes, and also has a function as a capacitive touch sensor. The rotary input device shown in FIG. 1 includes a
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。
2 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 1. A
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。
The
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。FIG. 3 is a view of the
On the back surface of the
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。
The rotary input device according to the present embodiment includes a
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。 The unit rotation angle θ is obtained by equally dividing the central angle φ corresponding to the arc sandwiched between the positions of two adjacent movable electrodes on the circumference of the first virtual circle IM1 (N is an integer of 3 or more). Set to an angle. That is, an angle obtained by dividing the rotation angle of one round (360 °) by N times the number of movable electrodes EM is the unit rotation angle θ. In the example of FIG. 3, since the number of movable electrodes is 8 and N is 3, the unit rotation angle θ is 15 °.
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。
Since the eight movable electrodes EM provided in the
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。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an electrode pattern provided on the back surface of the
Drive electrodes ED1 to ED23 and sense electrodes ES1 to ES32 are formed on the back surface of the
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、これらのキャパシタ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。
The drive electrodes ED1 to ED23 and the sense electrodes ES1 to ES32 are arranged in a lattice shape as shown in FIG. 4, and a capacitor CS is formed at each intersection of the drive electrode and the sense electrode. When an object such as a finger comes close to the
固定電極EF1〜EF4は、回転軸AXに対して第1仮想円IM2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。
The fixed electrodes EF1 to EF4 are arranged on the circumference of the second virtual circle IM2 obtained by moving the first virtual circle IM2 parallel to the
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。
FIG. 5 is a diagram illustrating a positional relationship between the movable electrode EM and the fixed electrode EF. Each fixed electrode in the pair of fixed electrodes EF forming the variable capacitance element VC (the pair of EF1 and EF2, the pair of EF2 and EF3, and the pair of EF3 and EF4 in the example of FIGS. 4 and 5) When the
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。
In the example of FIG. 5, each fixed electrode in the pair of fixed electrodes EF forming the variable capacitance element VC is parallel to the rotation axis AX when the
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。
A ground electrode EG is formed on the
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。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration relating to rotation detection in the rotary input device according to the present embodiment.
The rotary input device includes a pulse
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。
The pulse
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。
In the following description, the stop position (stop position where the pair of fixed electrodes EF1 and EF2 overlaps the movable electrode EM) where the capacitance difference of the capacitance of the first variable capacitance element VC1 increases is “SP1”, the second The stop position (stop position where the pair of fixed electrodes EF2, EF3 and the movable electrode EM overlap) where the capacitance difference of the capacitance of the variable capacitor VC2 increases is “SP2”, and the electrostatic capacity of the third variable capacitor VC3. A stop position (a stop position where the pair of fixed electrodes EF3 and EF4 and the movable electrode EM overlap each other) where the capacitance difference between the capacitors increases is denoted as “SP3”. In this case, when the
(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。(First operation mode / Pattern A)
In the first operation mode, the pulse
The pulse
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。
In the example of FIG. 5, the pulse
(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。(Second operation mode / Pattern B)
In the second operation mode, the pulse
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。
In the example of FIG. 5, the pulse
(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。(Third operation mode / pattern C)
In the third operation mode, the pulse
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。
The pulse
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。The detection
The detection
(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。(First operation mode / Pattern A)
In the first operation mode, the detection
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。
When the
(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。(Second operation mode / Pattern B)
In the second operation mode, the detection
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。
When the
(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。(Third operation mode / pattern C)
In the third operation mode, the detection
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。
When the
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。
Based on the detection signal Ds generated by the detection
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。
Further, the
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。The
As a result, the reference value R is updated based on the average value of the stable detection signal when no change in the detection signal occurs for a certain period of time. Therefore, the reference value R varies greatly due to drift caused by a temperature change or the like. Even in this case, an appropriate reference value R can be obtained following this variation.
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。
Further, the
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。
For example, the
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。
Note that the processing of the
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。
The
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。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
The
タッチセンサ駆動部210は、駆動電極ED1〜ED23から順番に駆動電極を選択し、当該選択した駆動電極にパルス電圧を供給する。
The touch
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。
The touch
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。
The
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。
The
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。 Next, the operation of the rotary input device according to this embodiment having the above-described configuration will be described.
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。First, the operation of determining the rotation direction of the
FIG. 8 is a diagram for explaining a driving method of the variable capacitance element VC (a pair of fixed electrodes) in the rotary input device according to the present embodiment.
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FE3,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。The pulse
In the first operation mode (pattern A), the pulse
In the second operation mode (pattern B), the pulse
In the third operation mode (pattern C), the pulse
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。 FIG. 9 is a diagram illustrating a pulse voltage supply pattern and a change in the detection signal due to a change in the stop position. In FIG. 9, the numbers surrounded by circles indicate the numbers of the three stop positions SP1, SP2 and SP3 shown in FIG. Further, alphabets A to C indicate pulse voltage supply patterns, respectively.
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。 FIG. 9A shows the polarities of the pulse voltages applied to the three variable capacitance elements (VC1, VC2, VC3) corresponding to the three stop positions (SP1, SP2, SP3). “P” indicates a pulse voltage with a positive voltage “+ V”, “N” indicates a pulse voltage with a negative voltage “−V”, and “0” indicates that no pulse voltage is applied.
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。
According to FIG. 9A, when the
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。 9B to 9D show the changes in the detection signals (Ds1 to Ds3) when rotating from the reference stop position to another stop position, respectively, as described above in “2”, “1”, “−1”, “ -2 ". However, the reference stop position is represented by a numerical value “0”. This numerical value represents the magnitude of the relative change of the detection signals (Ds1 to Ds3) in five levels. In order to discriminate this level for the actual detection signals (Ds1 to Ds3), it is independent. It is necessary to use these four threshold values. Assuming that the change in capacitance is small, it is desirable that the number of levels to be determined is as small as possible.
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。
Therefore, in the rotary input device according to the present embodiment, in order to reduce the number of levels and increase the amplitude of change in the detection signal, the three detection signals (Ds1 to Ds3) generated by the three patterns are used. Add and subtract. That is, the
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。 FIG. 10 is a diagram illustrating a change in signal level due to a change in the stop position of a new detection signal generated by performing addition / subtraction on the three detection signals (Ds1 to Ds3). When adding and subtracting “Ds1−Ds2 (A−B)”, “Ds2 + Ds3 (B + C)”, and “Ds1 + Ds3 (A + C)” with respect to the numerical values in FIGS. 9B to 9D, as shown in FIG. Are aggregated into three levels of “3”, [0], and “−3”. Further, the maximum amplitude of the signal to be determined increases from 2 to 3 by addition / subtraction with respect to the three detection signals (Ds1 to Ds3). Therefore, the level of the minute detection signal can be accurately determined.
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。 FIG. 11 is a diagram showing the state of the stop position represented by the combination of the three detection signals (“A−B”, “B + C”, “A + C”) after addition and subtraction shown in FIG. “ST” in FIG. 11 is obtained by quantifying three detection signals (“A−B”, “B + C”, and “A + C”) in a radix-3. When the numerical values of the three detection signals shown in FIG. 10 are represented by the symbols [AB], [B + C], and [A + C], the state ST is represented by the following equation.
[数1]
ST=[A−B]+[B+C]×3+[A+C]×9 …(1)[Equation 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。 In FIG. 11, the state ST that can occur during the rotation from the reference stop position to the adjacent stop position is also expressed in numerical form. As can be seen from FIG. 11, the transition of the state ST is “α”, “β”, or “γ” depending on which of the “SP1”, “SP2”, and “SP3” is the reference stop position. Divided into patterns. When the reference stop position is “SP1”, the state transition is “α”, when the reference stop position is “SP2”, the state transition is “β”, and the reference stop position is “SP3”. In this case, the state transition is “γ”.
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。FIG. 12 is a diagram illustrating transition of the state ST at each stop position illustrated in FIG. 11.
In the state transition pattern shown in FIG. 12, the numerical values of the state ST at each stop position are all different. In addition, the numerical value of the state ST that may occur during the rotation from one stop position to another stop position does not overlap with the numerical value of the state ST at each stop position. Therefore, even when the reference stop position is unknown, when the first stop position changes, the three detection signals (“A−B”, “B + C”, By obtaining the state ST of the expression (1) from “A + C”), the
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。Next, reference value updating will be described with reference to the flowchart of FIG.
When the
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)。
The
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。
Further, the
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。
When the measured value of the timer started in step ST120 reaches a predetermined time (ST150), the
<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。<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment described above, the level of the detection signal after addition / subtraction is increased to three by performing addition / subtraction operations on the three detection signals (Ds1 to Ds3) obtained by the three types of pulse voltage supply patterns. In addition to aggregation, the signal amplitude is increased. However, since it is necessary to perform an operation of supplying three patterns of pulse voltages in order to calculate the state ST, the processing time for obtaining the state ST becomes long. Therefore, in the rotary input device according to the present embodiment, the pulse voltage supply pattern is reduced from 3 to 2.
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。FIG. 14 is a diagram for explaining a driving method of a variable capacitance element (a pair of fixed electrodes) in the rotary input device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 14, the two operation modes (first operation mode and second operation mode) of the variable capacitance element in the rotary input device according to the second embodiment are the first operation mode and the first operation mode shown in FIG. It is the same as 2 operation modes.
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。 FIG. 15 is a diagram showing pulse voltage supply patterns in the two operation modes shown in FIG. 14 and detection signal changes due to changes in the stop position. FIG. 16 is a diagram quantifying the state of the stop position represented by the combination of two detection signals corresponding to the two pulse voltage patterns (pattern A, pattern B) shown in FIG. When the numerical values of the patterns A and B are represented by symbols [A] and [B], the state ST is represented by the following equation.
[数2]
ST=[A]+[B]×5 …(2)[Equation 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。 However, the numerical values “0”, “1”, and “2” in FIG. 15 are used as the values of [A] and [B], respectively, and the numerical values “−1” and “−2” are “3”. ”And“ 4 ”. Since the state ST at each stop position does not overlap as shown in the state transition of FIG. 17, one stop position can be determined from the state ST as in the first embodiment.
<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。<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the rotary input device according to the first embodiment and the second embodiment described above, a plurality of detection signals Ds are generated by a plurality of pulse voltage supply patterns for the three variable capacitance elements (VC1 to VC3). The state of the stop position is determined from the combination of the change patterns generated in the plurality of detection signals Ds. On the other hand, in the rotary input device according to the present embodiment, the determination of the rotation direction of the
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。
In the rotary input device according to the present embodiment, the pulse
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。
FIG. 18 is a diagram for explaining a driving method of a variable capacitance element (a pair of fixed electrodes) in the rotary input device according to the third embodiment. The pulse voltage supply pattern (pattern A) shown in FIG. 18 is the same as the pulse voltage supply pattern in the first operation mode in FIGS. In the rotary input device according to the present embodiment, the pulse
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。FIG. 19 is a diagram illustrating a pulse voltage supply pattern in the driving method illustrated in FIG. 18 and changes in the detection signal Ds due to a change in the stop position. FIG. 19A shows the polarities of the pulse voltages applied to the three variable capacitance elements (VC1, VC2, VC3) corresponding to the three stop positions (SP1, SP2, SP3). FIG. 19B shows the change of the detection signal when the
FIG. 20 is a diagram illustrating a relative change in the level of the detection signal due to the change of the stop position, and shows a numerical value (FIG. 19B) of the level of the detection signal Ds. The numerical value on the vertical axis of the graph is a value when the reference stop position is “SP3”, but even when the reference stop position is “SP1” or “SP2”, the change in the numerical value represented by the graph is The pattern is similar.
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Ds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。
As can be seen from the graph of FIG. 20, the level change of the detection signal Ds when the rotation in the left direction occurs is “+1” or “−2”, and the detection signal Ds when the rotation in the right direction occurs. The level change is “−1” or “+2”. That is, the level change pattern of the detection signal Ds is different between the rotation to the left and the rotation to the right. This is because when the
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。The
Specifically, the
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。According to the rotary input device according to the present embodiment, since the rotation direction of the
Note that, in the rotary input device according to the present embodiment, as in the rotary input devices according to the first and second embodiments described above, immediately after the stop position is unknown, it is immediately changed by one stop position. Although the stop position cannot be specified, the current stop position can be specified by referring to a plurality of stop position change histories.
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。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications obvious to those skilled in the art are possible.
上述した実施形態では、3つの停止位置(SP1〜SP3)において大きな静電容量の変化を示す可変容量素子VCがそれぞれ1つずつ設けられているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態では、1つの停止位置において大きな静電容量の変化を示す可変容量素子を複数設けてもよい。複数の可変容量素子から得られる信号(電荷)を足し合わせることにより、検出信号のレベルが大きくなるため、検出感度を高めることができる。 In the above-described embodiment, one variable capacitance element VC showing a large change in capacitance is provided at each of the three stop positions (SP1 to SP3), but the present invention is not limited to this example. In another embodiment of the present invention, a plurality of variable capacitance elements that exhibit a large change in capacitance at one stop position may be provided. By adding signals (charges) obtained from a plurality of variable capacitance elements, the level of the detection signal is increased, so that the detection sensitivity can be increased.
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
DESCRIPTION OF
Claims (9)
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、前記可動電極との位置関係に応じて静電容量が変化す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、前記操作部を一つの前記停止位置から一定の方向へ前記単位回転角ずつNステップ回転させる場合におけるN個の停止位置のうち、1つの停止位置における静電容量が他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ち、
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容量差の増大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容量差の増大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する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
ことを特徴とする回転式入力装置。A base,
An operation unit rotatably supported by the base unit;
A plurality of movable electrodes provided at the operation unit and arranged at equal intervals on a circumference of a first virtual circle having the same distance from the rotation axis of the operation unit;
A unit rotation angle that is an angle obtained by dividing a central angle corresponding to an arc sandwiched between the positions of two adjacent movable electrodes on the circumference of the first virtual circle into N equal parts (N represents an integer of 3 or more). A moderation mechanism that suppresses rotation of the operation unit at a stop position set for each;
Provided on the base part, arranged on the circumference of a second virtual circle that moves in parallel with the first virtual circle with respect to the rotation axis, and the capacitance changes according to the positional relationship with the movable electrode A plurality of variable capacitance elements,
A pulse voltage supply unit for supplying a pulse voltage to each of the plurality of variable capacitance elements;
A detection signal generation unit that generates a detection signal according to charges accumulated in the plurality of variable capacitance elements by supplying the pulse voltage;
A signal processing unit that determines a rotation direction of the operation unit based on the detection signal,
The variable capacitance element has a capacitance at one stop position among N stop positions when the operation unit is rotated N steps from the one stop position in a certain direction by the unit rotation angle. Has a large capacitance difference with respect to the capacitance at the stop position,
The plurality of variable capacitance elements has at least one first capacitance that causes an increase in the capacitance difference at the stop position of the first step when the operation unit is rotated by three unit rotation angles from the predetermined stop position in a predetermined direction. 1 variable capacitance element, and at least one second variable capacitance element that causes an increase in the capacitance difference at the stop position of the second step,
The pulse voltage supply unit reverses the charge accumulated in the first variable capacitance element at the stop position of the first step and the charge accumulated in the second variable capacitance element at the stop position of the second step. Or supply the pulse voltage to have the same polarity and different magnitudes,
The detection signal generation unit generates the detection signal according to a sum of charges accumulated in the first variable capacitance element and the second variable capacitance element by supplying the pulse voltage, and performs the three-step rotation. In the stop position of the third step in the case, the detection signal having an intermediate value between the detection signal at the stop position of the first step and the detection signal at the stop position of the second step is generated,
The rotary input device, wherein the signal processing unit determines a rotation direction of the operation unit based on a change in the detection signal corresponding to a change in capacitance of the variable capacitance element.
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パルス電圧の供給を行う第1動作モード、及び、
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、前記第3ステップの停止位置において前記第3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パルス電圧の供給を行う第2動作モードを交互に繰り返し、
前記検出信号生成部は、
前記第1動作モードの場合、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第1検出信号を生成し、前記第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第1検出信号と前記第2ステップの停止位置における前記第1検出信号との中間の値を持った前記第1検出信号を生成し、
前記第2動作モードの場合、前記パルス電圧の供給によって前記第2可変容量素子及び前記第3可変容量素子に蓄積される電荷の和に応じた第2検出信号を生成し、前記第1ステップの停止位置においては、前記第2ステップの停止位置における前記第2検出信号と前記第3ステップの停止位置における前記第2検出信号との中間の値を持った前記第2検出信号を生成し、
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する前記第1検出信号及び前記第2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に記載の回転式入力装置。The plurality of variable capacitance elements cause at least one increase in the capacitance difference at a stop position of a third step when the operation unit is rotated by three unit rotation angles from the predetermined stop position in the predetermined direction by the unit rotation angle. Including a third variable capacitance element,
The pulse voltage supply unit
The charge accumulated in the first variable capacitance element at the stop position of the first step and the charge accumulated in the second variable capacitance element at the stop position of the second step have opposite polarities, or A first operation mode for supplying the pulse voltage to have the same polarity and different magnitudes; and
The charge accumulated in the second variable capacitance element at the stop position of the second step and the charge accumulated in the third variable capacitance element at the stop position of the third step have opposite polarities, or , Alternately repeating the second operation mode for supplying the pulse voltage so as to have the same polarity and different sizes,
The detection signal generator is
In the first operation mode, a first detection signal corresponding to a sum of charges accumulated in the first variable capacitance element and the second variable capacitance element is generated by supplying the pulse voltage, and the third step At the stop position, the first detection signal having an intermediate value between the first detection signal at the stop position of the first step and the first detection signal at the stop position of the second step is generated.
In the second operation mode, a second detection signal corresponding to a sum of charges accumulated in the second variable capacitance element and the third variable capacitance element by generating the pulse voltage is generated, and the first step At the stop position, the second detection signal having an intermediate value between the second detection signal at the stop position of the second step and the second detection signal at the stop position of the third step is generated.
The signal processing unit determines a rotation direction of the operation unit based on changes in the first detection signal and the second detection signal corresponding to a change in capacitance of the variable capacitance element. The rotary input device according to claim 1.
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第1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第2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パルス電圧の供給を行う第1動作モード、
前記第2ステップの停止位置において前記第2可変容量素子に前記第1電荷が蓄積され、前記第3ステップの停止位置において前記第3可変容量素子に前記第2電荷が蓄積されるように前記パルス電圧の供給を行う第2動作モード、及び、
前記第1ステップの停止位置において前記第1可変容量素子に前記第1電荷が蓄積され、前記第3ステップの停止位置において前記第3可変容量素子に前記第2電荷が蓄積されるように前記パルス電圧の供給を行う第3動作モードを順番に繰り返し、
前記検出信号生成部は、
前記第1動作モードの場合、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第1検出信号を生成し、前記第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第1検出信号と前記第2ステップの停止位置における前記第1検出信号との中間の値を持った前記第1検出信号を生成し、
前記第2動作モードの場合、前記パルス電圧の供給によって前記第2可変容量素子及び前記第3可変容量素子に蓄積される電荷の和に応じた第2検出信号を生成し、前記第1ステップの停止位置においては、前記第2ステップの停止位置における前記第2検出信号と前記第3ステップの停止位置における前記第2検出信号との中間の値を持った前記第2検出信号を生成し、
前記第3動作モードの場合、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3可変容量素子に蓄積される電荷の和に応じた第3検出信号を生成し、前記第2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第3検出信号と前記第3ステップの停止位置における前記第3検出信号との中間の値を持った前記第3検出信号を生成し、
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する前記第1検出信号、前記第2検出信号及び前記第3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に記載の回転式入力装置。The plurality of variable capacitance elements cause at least one increase in the capacitance difference at a stop position of a third step when the operation unit is rotated by three unit rotation angles from the predetermined stop position in the predetermined direction by the unit rotation angle. Including a third variable capacitance element,
The pulse voltage supply unit
The first charge accumulated in the first variable capacitance element at the stop position of the first step and the second charge accumulated in the second variable capacitance element at the stop position of the second step have opposite polarities. A first operation mode in which the pulse voltage is supplied so as to have the same polarity or different sizes;
The first charge is accumulated in the second variable capacitor at the stop position of the second step, and the second charge is accumulated in the third variable capacitor at the stop position of the third step. A second operation mode for supplying voltage; and
The first charge is accumulated in the first variable capacitor at the stop position of the first step, and the second charge is accumulated in the third variable capacitor at the stop position of the third step. The third operation mode for supplying voltage is repeated in order,
The detection signal generator is
In the first operation mode, a first detection signal corresponding to a sum of charges accumulated in the first variable capacitance element and the second variable capacitance element is generated by supplying the pulse voltage, and the third step At the stop position, the first detection signal having an intermediate value between the first detection signal at the stop position of the first step and the first detection signal at the stop position of the second step is generated.
In the second operation mode, a second detection signal corresponding to a sum of charges accumulated in the second variable capacitance element and the third variable capacitance element by generating the pulse voltage is generated, and the first step At the stop position, the second detection signal having an intermediate value between the second detection signal at the stop position of the second step and the second detection signal at the stop position of the third step is generated.
In the third operation mode, a third detection signal corresponding to a sum of charges accumulated in the first variable capacitance element and the third variable capacitance element is generated by supplying the pulse voltage, and the second step At the stop position, the third detection signal having an intermediate value between the third detection signal at the stop position of the first step and the third detection signal at the stop position of the third step is generated.
The signal processing unit determines a rotation direction of the operation unit based on changes in the first detection signal, the second detection signal, and the third detection signal corresponding to a change in capacitance of the variable capacitance element. The rotary input device according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項3に記載の回転式入力装置。The signal processing unit includes a detection signal obtained by subtracting the second detection signal from the first detection signal, a detection signal obtained by adding the second detection signal and the third detection signal, and the The rotary input device according to claim 3, wherein the rotation direction of the operation unit is determined based on a change in a detection signal obtained by adding the first detection signal and the third detection signal.
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、前記可動電極との位置関係に応じて静電容量が変化す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、前記操作部を一つの前記停止位置から一定の方向へ前記単位回転角ずつNステップ回転させる場合におけるN個の停止位置のうち、1つの停止位置における静電容量が他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ち、
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
ことを特徴とする回転式入力装置。A base,
An operation unit rotatably supported by the base unit;
A plurality of movable electrodes provided at the operation unit and arranged at equal intervals on a circumference of a first virtual circle having the same distance from the rotation axis of the operation unit;
A unit rotation angle that is an angle obtained by dividing a central angle corresponding to an arc sandwiched between the positions of two adjacent movable electrodes on the circumference of the first virtual circle into N equal parts (N represents an integer of 3 or more). A moderation mechanism that suppresses rotation of the operation unit at a stop position set for each;
Provided on the base part, arranged on the circumference of a second virtual circle that moves in parallel with the first virtual circle with respect to the rotation axis, and the capacitance changes according to the positional relationship with the movable electrode A plurality of variable capacitance elements,
A pulse voltage supply unit for supplying a pulse voltage to each of the plurality of variable capacitance elements;
A detection signal generation unit that generates a detection signal according to charges accumulated in the plurality of variable capacitance elements by supplying the pulse voltage;
A signal processing unit that determines a rotation direction of the operation unit based on the detection signal,
The variable capacitance element has a capacitance at one stop position among N stop positions when the operation unit is rotated N steps from the one stop position in a certain direction by the unit rotation angle. Has a large capacitance difference with respect to the capacitance at the stop position,
The pulse voltage supply unit includes three detection signals generated by the detection signal generation unit at three stop positions when the operation unit is rotated by three unit rotation angles from a predetermined stop position in a predetermined direction. Supplying a pulse voltage to each of the plurality of variable capacitance elements so that the signals have different levels;
The signal processing unit determines a rotation direction of the operation unit based on a change in the detection signal corresponding to a change in capacitance of the variable capacitance element.
前記第2仮想円の周上において隣接する前記固定電極のペアが前記可変容量素子を構成し、
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、
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の回転式入力装置。A plurality of fixed electrodes provided on the base and disposed on the circumference of the second virtual circle;
A pair of the fixed electrodes adjacent on the circumference of the second virtual circle constitutes the variable capacitance element,
Each fixed electrode in the pair of fixed electrodes is provided at a position where it can overlap with the common movable electrode when viewed from a direction parallel to the rotation axis when the operation unit is at the stop position.
The rotary input device according to claim 1, wherein the rotary input device is a rotary input device.
基準値と前記検出信号との差に基づいて前記検出信号の変化のパターンを判別し、当該判別した変化のパターンに基づいて前記操作部の回転方向を判定し、
前記検出信号の変化が一定時間継続して発生しない場合は、最後の前記検出信号の変化が発生した後における前記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
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の回転式入力装置。The signal processing unit
Determining a change pattern of the detection signal based on a difference between a reference value and the detection signal, determining a rotation direction of the operation unit based on the determined change pattern;
If the change in the detection signal does not continuously occur for a certain time, the previous reference value is updated to a new reference value based on the average value of the detection signal after the last change in the detection signal has occurred. The rotary input device according to claim 1, wherein the rotary input device is a rotary input device.
一連の前記回転方向の判定結果に基づいて、現在の停止位置が、前記操作部を前記所定の停止位置から前記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前記3つの停止位置の何れであるかを判定し、
現在の停止位置が前記基準値の更新を行ったときの停止位置と等しい場合、現在の停止位置において生成された前記検出信号に基づいて前記基準値の更新を行う
ことを特徴とする請求項7に記載の回転式入力装置。The signal processing unit
Based on a series of determination results of the rotation direction, the current stop position is determined based on the three stop positions when the operation unit is rotated by three unit rotation angles from the predetermined stop position to the predetermined direction. Determine which is,
The reference value is updated based on the detection signal generated at the current stop position when the current stop position is equal to the stop position when the reference value is updated. The rotary input device described in 1.
ことを特徴とする請求項8に記載の回転式入力装置。The signal processing unit has a difference between the detection signal generated at the current stop position and the reference value even when the current stop position is equal to the stop position when the reference value is updated. The rotary input device according to claim 8, wherein updating of the reference value using the detection signal is stopped if the threshold value is larger than the predetermined threshold value.
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