WO2020261670A1 - 入力装置 - Google Patents

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WO2020261670A1
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electrode patterns
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input device
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隼 宮川
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アルプスアルパイン株式会社
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    • H03K2217/94057—Rotary switches
    • H03K2217/94073—Rotary switches with capacitive detection

Definitions

  • the present invention relates to an input device.
  • a capacitive touch sensor for detecting a touch operation on a display surface provided on one main surface of a thin housing, a backlight for illuminating the display surface from the back side, and a user operation are detected.
  • the gripping state determining means for determining whether or not the hand is in contact with the side surface of the thin housing, and the operation of the operating keys.
  • a portable information terminal provided with a display control means for switching the backlight from an off state to a on state based on the determination result of the gripping state.
  • a portable information terminal provided with a touch sensor for detecting the gripping state inside the side surface of the thin housing in order to detect the gripping state (for example, Patent Document 1 (particularly FIG. 9). )reference).
  • the touch sensor for detecting the gripping state is arranged at both ends of a capacitive touch sensor or a backlight that detects a touch operation on the display surface, so that it is difficult to arrange and design.
  • a capacitive touch sensor or a backlight that detects a touch operation on the display surface
  • the purpose is to provide an input device with a simple structure and reduced cost increase.
  • the input device has an operation surface on the upper surface side, an opposite surface of the operation surface, a side surface provided on the lower side around the operation surface, and an opening provided on the lower side of the side surface. It is composed of a housing having an internal space extending from the surface to the opposite surface, a substrate arranged along the opposite surface in the internal space, and a first electrode pattern arranged on the upper surface side of the substrate.
  • a top surface operation detection unit that detects a change in the capacitance of the first electrode pattern generated by capacitive coupling with the operation body due to proximity or contact of the operation body with the operation surface.
  • a side operation that is arranged on the side surface side below the top surface operation detection unit of the substrate and detects a change in capacitance generated in response to a side surface operation performed on the side surface of the housing by the operating body.
  • the detection unit includes a top surface operation detection unit and a control unit that outputs an operation signal based on the detection results of the side surface operation detection unit.
  • FIG. 1 is a diagram showing an input device 100 of the embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross section taken along the line AA of FIG.
  • the Z direction will be described as corresponding to the vertical direction.
  • the Z direction does not indicate a universal vertical direction.
  • FIG. 1 and 2 show a user's finger as an operating body.
  • the mode of operating with the user's finger will be described, but the operation can be performed with a finger other than the finger.
  • the input device 100 is a GUI (Graphic User Interface) mounted on a vehicle and displayed on the operation screens of various devices such as a navigation device and an air conditioner displayed on a display panel arranged around a dashboard. It is an input device used when remotely operating the operation unit and the like.
  • the input device 100 is arranged in the hands of the driver or the passenger in the passenger seat, for example, like the center console of a vehicle.
  • the usage pattern of the input device 100 is not limited to such a usage pattern.
  • the input device 100 includes a base 110, a support 120, a substrate 130, an IC (Integrated Circuit) chip 140, and a knob 150.
  • the IC chip 140 is an example of a control unit
  • the knob 150 is an example of a housing.
  • the base 110 is a member that fixes the input device 100 to the center console 10 of the vehicle, and has a groove 111, a cylindrical portion 112, and a through hole 113.
  • the base 110 is an annular member centered on the central axis C.
  • the groove 111 is recessed from the lower side to the upper side, and is fitted and fixed to the protrusion 11 of the center console 10.
  • the cylindrical portion 112 is provided along the outer circumference on the upper side of the base portion 110, and is a portion that slides on the inner peripheral surface of the knob 150 to form a rotation axis.
  • the through hole 113 penetrates the center of the base 110 up and down.
  • the support portion 120 has a cylindrical portion 121 and a disk portion 122.
  • the cylindrical portion 121 is fitted and fixed in the through hole 113 of the base portion 110.
  • the disk portion 122 is connected to the upper end of the cylindrical portion 121 and extends more radially (diameterally with respect to the central axis C) than the cylindrical portion 121.
  • a recess is provided in the center of the upper surface of the disk portion 122 so that the IC chip 140 provided on the substrate 130, which will be described later, can be accommodated.
  • the substrate 130 is a disk-shaped wiring board having a plurality of wiring layers and a plurality of insulating layers.
  • the substrate 130 is fixed to the support portion 120.
  • a wiring substrate of FR-4 (Flame Retardant type 4) standard can be used as the substrate 130.
  • the substrate 130 is provided with an electrode pattern for detecting the operation of the knob 150, but this is omitted in FIG.
  • the IC chip 140 is provided in the center of the lower surface of the substrate 130, is connected to the top electrode patterns 131X and 131Y and the side electrode patterns 132X and 132Y included in the substrate 130, which will be described later, and is connected to the side electrode patterns 132X and 132Y via a harness wire (not shown). It is connected to a control unit (ECU: Electronic Control Unit) such as a vehicle navigation device or an air conditioner.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the top electrode patterns 131X and 131Y are provided to detect the change in capacitance due to the top surface operation described later, and the side electrode patterns 132X and 132Y are provided to detect the change in capacitance due to the side surface operation described later. It is provided in.
  • the IC chip 140 touches or approaches the operation surface 151 of the knob 150, or is described later, based on the change in capacitance generated by the capacitive coupling between the user's finger and the electrode pattern, which is detected in the electrode pattern.
  • the contact or proximity operation of the knob 150 with respect to the outer peripheral surface 153, and the rotation operation are detected.
  • the IC chip 140 outputs an operation signal indicating the operation content to a control unit such as an ECU of the vehicle.
  • the knob 150 has an operation surface 151, an opposite surface 152, an outer peripheral surface 153, an opening 154, and an internal space 155.
  • the knob 150 is rotatable around the central axis C with the cylindrical portion 112 of the base 110 as the axis of rotation. Further, since the knob 150 is fixed to the support portion 120 in a state of being separated from the substrate 130, the substrate 130 does not rotate even if the knob 150 rotates.
  • the operation surface 151 is the upper surface of the knob 150, and the opposite surface 152 is the surface opposite to the operation surface 151.
  • the outer peripheral surface 153 is an example of a side surface provided on the lower side around the operation surface 151.
  • the opening 154 is an opening surrounded by a downward end portion of the outer peripheral surface 153, and the internal space 155 communicates with the opening.
  • the internal space 155 extends from the opening 154 toward the opposite surface 152 and accommodates the base 110, the support 120, the substrate 130, and the IC chip 140.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of the input device 100. Both ends of the series circuit of the top electrode pattern 131X and the side electrode pattern 132X are connected to the IC chip 140, and both ends of the series circuit of the top electrode pattern 131Y and the side electrode pattern 132Y are connected to the IC chip 140.
  • the top electrode pattern 131X and the side electrode pattern 132X of the substrate 130 and the top electrode pattern 131Y and the side electrode pattern 132Y are connected in parallel to the IC chip 140.
  • top electrode pattern 131X and the side electrode pattern 132X there are a plurality of series circuits of the top electrode pattern 131X and the side electrode pattern 132X (5 as an example), and there are a plurality of series circuits of the top electrode pattern 131Y and the side electrode pattern 132Y (5 as an example).
  • a series circuit of 10 top electrode patterns and side electrode patterns is connected in parallel to the chip 140.
  • any of the IC chips 140 is based on the capacitance detected by the 10 series circuits of the top electrode pattern 131X and the side electrode pattern 132X and the top electrode pattern 131Y and the side electrode pattern 132Y. It is possible to detect whether the top surface operation or the side surface operation is performed in the series circuit.
  • FIG. 4 is a diagram showing the substrate 130.
  • FIG. 4A shows the wiring layer of the uppermost layer of the substrate 130
  • FIG. 4B shows an inner layer (among a plurality of inner layers) below the uppermost layer shown in FIG. 4A. (One layer) is shown
  • FIG. 4 (C) shows a cross section taken along the line BB in FIG. 4 (A).
  • the substrate 130 has top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5), side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5), and insulating layers 133A, 133B and 133C.
  • the substrate 130 has an insulating layer 133A, side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5), an insulating layer 133B, an insulating layer 133C, and a top electrode pattern 131X (X1 to X5) from the lower side to the upper side. ) And 131Y (Y1 to Y5) are laminated.
  • FIG. 4C shows the side electrode patterns 132X (X1) and 132Y (Y1 to Y5) of the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) in order to show the cross section taken along the line BB of FIG. 4A.
  • 132Y (Y3) and the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y3) of the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) are visible.
  • top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) are arranged on the uppermost layer.
  • the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) are examples of the first electrode pattern.
  • the upper surface electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) as an example of the first electrode pattern are also examples of the upper surface operation detection unit.
  • the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) are provided to detect the operation of the knob 150 on the operation surface 151 (top operation).
  • the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) are made of copper foil as an example.
  • the top electrode patterns 131X (X1 to X5) are stripes extending linearly along the Y-axis direction from the end on the ⁇ Y direction side to the end on the + Y direction side of the substrate 130 at intervals in the X-axis direction. It is a shape of five electrode patterns.
  • the top electrode pattern 131Y (Y1 to Y5) is a stripe extending linearly along the X-axis direction from the end on the ⁇ X direction side to the end on the + X direction side of the substrate 130 at intervals in the Y-axis direction. It is a shape of five electrode patterns.
  • the top electrode patterns 131X (X1 to X5) are arranged at equal intervals in the X-axis direction, and the top electrode patterns 131Y (Y1 to Y5) are arranged at equal intervals in the Y-axis direction.
  • the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) are insulated from each other and connected to the IC chip 140 via wiring (not shown).
  • the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) are on the uppermost layer of the substrate 130, and the substrate 130 is arranged directly below the opposite surface 152 of the knob 150 with a minimum gap. ..
  • the upper surface electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) are capacitively coupled to a finger that is close to or contacts the operation surface 151 of the knob 150, and the finger that is close to or is in contact with the operation surface 151. It is possible to detect a change in capacitance according to a position in the XY plane, a moving direction, and a moving amount.
  • the side electrode patterns 132X are formed on the inner layers below the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5). (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are arranged.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are examples of the second electrode pattern.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) as an example of the second electrode pattern are also examples of the side operation detection unit.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are made of copper foil as an example.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are provided to detect an operation (side operation) of the knob 150 on the outer peripheral surface 153.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) are arranged along the outer peripheral end of the substrate 130, and have a rectangular shape in a plan view as an example.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) are arranged at equal intervals (72 degree intervals) along the outer circumference of the substrate 130.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) may be provided so as to extend to the outer peripheral surface of the substrate 130.
  • the side electrode patterns 132Y (Y1 to Y5) are arranged along the outer peripheral end portion of the substrate 130, and have a rectangular shape in a plan view as an example.
  • the side electrode patterns 132Y (Y1 to Y5) are arranged at equal intervals (72 degree intervals) along the outer circumference of the substrate 130.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and the side electrode patterns 132Y (Y1 to Y5) are alternately arranged at equal intervals along the outer peripheral end of the substrate 130. That is, as the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5), 10 conductors are arranged along the outer peripheral end of the substrate 130 in the same plane.
  • the lengths of the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) in the outer peripheral direction are, for example, the substrate 130. It is preferable that the length of the outer circumference of the above is half or less of the length divided into 10.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are provided to detect the side operation, it is not necessary to make the width of the substrate 130 so wide in the radial direction, and the width in the radial direction is larger than that in the radial direction. Any conductor that is long in the circumferential direction may be used.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are the top electrode patterns shown in FIG. 4 (A), respectively, via vias (not shown) connecting the layers of the substrate 130, wiring, and the like. It is connected and integrated with 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5).
  • the top electrode pattern 131X (X1) and the side electrode pattern 132X (X1) are one conductor inside the substrate 130, and both ends of the top electrode pattern 131X (X1) and the side electrode pattern 132X (X1) are It is connected to the IC chip 140 via a wiring (not shown).
  • This also applies to the top electrode patterns 131X (X2 to X5) and 131Y (Y2 to Y5) and the side electrode patterns 132X (X2 to X5) and 132Y (Y2 to Y5), respectively.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are below the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5), and the top electrode patterns are viewed from the operation surface 151. Since it is on the back side of 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5), it is closer to or in contact with the operation surface 151 than the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5). Difficult to combine capacitance.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are close to the outer peripheral surface 153 of the knob 150, and since there is no conductor between the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and the outer peripheral surface 153, they are close to or closer to the outer peripheral surface 153 of the knob 150. Capacitive coupling with the contacting finger.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are electrostatically charged according to the position of the finger near or in contact with the outer peripheral surface 153 of the knob 150, the movement direction in the rotation direction, and the movement amount. Changes in capacitance can be detected.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are different wiring layers from the top layer on which the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) are provided. It may be in a positional relationship with a. This is because the influence of the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) on the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) can be reduced.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the output waveforms of the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) when the top surface is operated.
  • the lower side of the substrate 130 shows the temporal change of the waveform of the output (detection value) of the upper surface electrode patterns 131X (X1 to X5)
  • the left side of the substrate 130 shows the time change.
  • the time change of the waveform of the output (detection value) of the top electrode pattern 131Y (Y1 to Y5) is shown.
  • Each waveform diagram shows the relationship between the amplitude (detected value) of the waveform and the position.
  • the detected value represents a count value obtained by digitally converting the voltage value.
  • the upper surface electrode patterns 131X As shown in FIG. 5A, when the finger in contact with the operation surface 151 is moved from the + Y direction side to the ⁇ Y direction side along the upper surface electrode pattern 131X (X3), the upper surface electrode patterns 131X (X1 to X5) As shown on the lower side of the substrate 130, the output of is a sinusoidal pulse having a peak at the finger position (X3), and remains constant even when the finger moves. At this time, as for the output of the upper surface electrode patterns 131Y (Y1 to Y5), as shown on the left side of the substrate 130, a sinusoidal pulse having a peak at the finger position moves from the + Y direction side to the ⁇ Y direction side.
  • the output of Y5 is a sinusoidal pulse having a peak at the finger position (Y3), and remains constant even when the finger moves.
  • a sinusoidal pulse having a peak at the finger position moves from the ⁇ X direction side to the + X direction side. ..
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the output waveforms of the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) when the top surface is operated.
  • FIG. 6 shows the outputs of the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) when the finger in contact with the operation surface 151 is moved in the direction of 45 degrees diagonally with respect to the X-axis and the Y-axis.
  • the waveform is shown.
  • the way of showing the waveform is the same as in FIG.
  • the upper surface electrode pattern 131X ( The outputs of X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) have a waveform in which a sinusoidal pulse having a peak at the finger position moves along the finger movement direction.
  • the upper surface electrode pattern is obtained.
  • the outputs of 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) have a waveform in which a sinusoidal pulse having a peak at the finger position moves along the movement direction of the finger.
  • the output of the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) has a sinusoidal pulse X of the finger.
  • the waveform changes continuously according to the movement of the component and the Y component.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of output waveforms of side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) at the time of side operation.
  • FIG. 7 (A) shows the state of side operation on the substrate 130
  • FIGS. 7 (B1) to 7 (B8) show the time of the output waveforms of the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5). Show change.
  • the output waveform of the side electrode pattern 132X (X1 to X5) is shown by a solid line, and the output waveform of the side electrode pattern 132Y (Y1 to Y5) is shown by a broken line.
  • Each waveform diagram shows the relationship between the amplitude (detected value) of the waveform and the position, as in FIGS. 5 and 6.
  • the knob 150 is rotated by side operation and the position of the finger moves from the side electrode pattern 132X (X1) to the side electrode pattern 132Y (Y2) clockwise.
  • the waveform at this time represents a situation in which the position of the finger shifts by one for each of the adjacent electrode patterns from FIG. 7 (B1) to FIG. 7 (B8) as shown by the arrow.
  • the output (detection value) of the side electrode pattern 132X (X1) is maximized, and the output (detection value) of the side electrode patterns 132X (X2 to X5) is substantially zero. .. Further, the side electrode patterns 132Y (Y1) and 132Y (Y5) adjacent to the side electrode pattern 132X (X1) are half the output (detection value) of the output (detection value) of the side electrode pattern 132X (X1).
  • the output (detection value) of the side electrode pattern 132Y (Y5) is maximized, and the output (detection value) of the side electrode patterns 132Y (Y1 to Y4) is substantially zero. is there. Further, the side electrode patterns 132X (X1) and 132X (X5) adjacent to the side electrode pattern 132Y (Y5) are half the output (detection value) of the output (detection value) of the side electrode pattern 132Y (Y5).
  • the output (detection value) of the side electrode pattern 132X (X5) is maximized, and the output (detection value) of the side electrode patterns 132X (X1 to X4) is substantially zero. is there. Further, the side electrode patterns 132Y (Y5) and 132Y (Y4) adjacent to the side electrode pattern 132X (X5) are half the output (detection value) of the output (detection value) of the side electrode pattern 132X (X5).
  • the output (detection value) of the side electrode pattern 132Y (Y4) is maximized, and the output (detection value) of the side electrode pattern 132Y (Y1 to Y3, Y5) is omitted. It is zero. Further, the side electrode patterns 132X (X5) and 132X (X4) adjacent to the side electrode pattern 132Y (Y4) are half the output (detection value) of the output (detection value) of the side electrode pattern 132Y (Y4).
  • the output (detection value) of the side electrode pattern 132X (X4) is maximized, and the output (detection value) of the side electrode pattern 132X (X1 to X3, X5) is omitted. It is zero. Further, the side electrode patterns 132Y (Y4) and 132Y (Y3) adjacent to the side electrode pattern 132X (X4) are half the output (detection value) of the output (detection value) of the side electrode pattern 132X (X4).
  • the output (detection value) of the side electrode pattern 132Y (Y3) is maximized, and the output (detection value) of the side electrode pattern 132Y (Y1 to Y2, Y4 to Y5) is maximized. Is almost zero.
  • the side electrode patterns 132X (X4) and 132X (X3) adjacent to the side electrode pattern 132Y (Y3) are half the output (detection value) of the output (detection value) of the side electrode pattern 132Y (Y3).
  • the output (detection value) of the side electrode pattern 132X (X3) is maximized, and the output (detection value) of the side electrode patterns 132X (X1 to X2, X4 to X5) is maximized. Is almost zero. Further, the side electrode patterns 132Y (Y3) and 132Y (Y2) adjacent to the side electrode pattern 132X (X3) are half the output (detection value) of the output (detection value) of the side electrode pattern 132X (X3).
  • the output (detection value) of the side electrode pattern 132Y (Y2) is maximized, and the output (detection value) of the side electrode pattern 132Y (Y1, Y3 to Y5) is omitted. It is zero.
  • the side electrode patterns 132X (X3) and 132X (X2) adjacent to the side electrode pattern 132Y (Y2) are half the output (detection value) of the output (detection value) of the side electrode pattern 132Y (Y2).
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are interrupted in the outer peripheral direction of the substrate 130, they are continuous as shown in FIGS. 5 and 6.
  • the output waveform is not a sine wave, and is different from the output waveform when the top surface is operated.
  • the transition pattern is different from the change in capacitance of the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) that occur during the above operation. That is, it is possible to obtain an output waveform that is clearly different from when the top surface operation is continuously performed.
  • the IC chip 140 responds to the output waveform according to the pattern. It is possible to determine whether the top surface operation or the side surface operation has been performed.
  • the top surface operation or the side surface operation or the side surface is based on the output waveform representing the detection results of the top surface electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) or the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5). It is possible to detect the position, movement direction, and movement amount of the finger by the operation.
  • the substrate 130 has a structure because the uppermost layer has upper surface electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) and the inner layer has side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5). Is simple and can be manufactured at low cost.
  • the input device 100 having a simple structure and suppressing an increase in cost.
  • the input device 100 capable of discriminating between the top surface operation and the side surface operation.
  • the input device 100 can detect the position (coordinates), the moving direction, and the moving amount of the finger at any position as long as the upper surface is operated on the upper surface of the knob 150. Further, in this embodiment, an example in which one finger is used is shown, but detection is also possible when there are two or more fingers. Thereby, the rotation operation performed with the knob 150 pinched can also be determined.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the effect of the input device 100.
  • FIG. 8A is a diagram showing a side surface operation for rotating the knob 150
  • FIG. 8B is a diagram showing a top surface operation.
  • the output waveforms of the top surface electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) become sinusoidal and continuous waveforms.
  • the output waveform as shown in FIG. 7 is generated from the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) to the IC chip 140. Is entered in.
  • the output waveform shown in FIG. 7 is completely different from the output waveform shown in FIGS. 5 and 6.
  • the finger touches the outer peripheral surface 153 below the operation surface 151 of the knob 150 there are outputs of the upper surface electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5). Is also weaker than the outputs of the top electrode patterns 1312X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5).
  • FIG. 8 (B) even if one finger moves in an arc shape while touching the vicinity of the outer peripheral end of the operation surface 151 of the knob 150, the side operation shown in FIG. 8 (A) is performed. Can be distinguished. This also applies when the top surface operation is performed with two fingers, and the same applies when the side surface operation for rotating the knob 150 is performed with one finger.
  • the upper surface operation in which the finger touches near the outer peripheral edge of the operation surface 151 without moving in an arc shape changes the capacitance values of the upper surface electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5). Is mainly detected, and in the side operation in which the finger touches the outer peripheral surface 153 of the knob 150, changes in the capacitance values of the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are mainly detected.
  • the input device 100 capable of discriminating between the top surface operation and the side surface operation as described above.
  • top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) and the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) can be mounted on one substrate 130, additional parts can be added. It is possible to provide an input device 100 that can be realized in a substantially non-existent form and can discriminate between a top surface operation and a side surface operation with a simple configuration.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) are provided below the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5), the XY plane is formed on the substrate 130. Space can be saved compared to providing each electrode pattern in the direction.
  • the side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5) may be provided on the lowermost layer of the substrate 130 (the lower surface of the insulating layer 133A shown in FIG. 4C). In this case as well, space saving can be achieved.
  • the upper surface electrode patterns 131X (X1 to X5) and the side electrode patterns 132X (X1 to X5) are each realized by one conductor inside the substrate 130, and the upper surface electrode patterns 131Y (Y1 to Y5) are realized.
  • the side electrode patterns 132Y (Y1 to Y5) are each realized by one conductor inside the substrate 130. Both ends of each of the top electrode patterns 131X (X1 to X5) and the side electrode patterns 132X (X1 to X5) are connected to the IC chip 140. Further, both ends of each of the top electrode patterns 131Y (Y1 to Y5) and the side electrode patterns 132Y (Y1 to Y5) are connected to the IC chip 140.
  • top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) and side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5)) are used, one control is performed.
  • the upper surface operation and the side surface operation can be discriminated and detected by the unit. That is, it is not necessary to provide two control units inside the IC chip 140 for discriminating between the top surface operation and the side surface operation and detecting the position (coordinates), moving direction, and moving amount of the finger, and the two IC chips 140 are provided. There is no need to provide it.
  • the two electrode patterns (top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) and side electrode patterns 132X (X1 to X5) and 132Y (Y1 to Y5)) have different patterns in a plan view. Therefore, the detection accuracy of each other can be improved.
  • top electrode patterns 131X (X1 to X5) and 131Y (Y1 to Y5) for detecting top surface operation are arranged in each of the X and Y directions, but the number of the top electrode patterns is appropriately set. It can be different in the X direction and the Y direction.
  • the knob 150 may not be rotatable and may be a fixed type.
  • the knob 150 and the substrate 130 may be arranged in contact with each other without being separated from each other.
  • the rotation operation can be performed by tracing the outer peripheral surface 153 of the knob 150 with a finger.
  • Input device 130 Substrate 131X (X1 to X5), 131Y (Y1 to Y5) Top electrode pattern (first electrode pattern) 132X (X1 to X5), 132Y (Y1 to Y5) Side electrode pattern (second electrode pattern) 140 IC chip (control unit) 150 knob (housing) 151 Operation surface 152 Opposite surface 153 Outer surface 154 Opening 155 Interior space

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Abstract

構造が簡易で、コスト増を抑えた入力装置を提供する。　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む。

Description

入力装置
　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む。
　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
    　を含む、入力装置。
  2. 　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、請求項１記載の入力装置。
  3. 　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、請求項１又は２記載の入力装置。
  4. 　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３記載の入力装置。
  5. 　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４のいずれか一項記載の入力装置。
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