JP2017096861A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度を維持しつつ演算回路への負荷を低減することのできる入力装置を提供する。【解決手段】基台と、基台に保持された駆動電極と、基台に設けられた複数の固定電極と、回転軸の周りを回転自在であり、回転軸を中心とした第１仮想円上に並ぶように、基台に保持された複数の可動電極とを備える入力装置であって、複数の固定電極は、回転軸を中心とし、第１仮想円と同一の半径を有する第２仮想円上に並ぶように設けられ、複数の可動電極は、複数の固定電極に対してＮ個（Ｎは整数）おきに対向するように配置され、複数の可動電極を回転軸の周りに回転させたとき、回転軸方向に沿って見た、固定電極と可動電極の重なり面積は直線的に変化し、さらに、固定電極と可動電極との間に形成されるキャパシタの静電容量に応じた検出信号を生成し、この検出信号に基づいて、複数の可動電極が基準位置から所定角度だけ回転したときの回転情報を取得する。【選択図】図２

Description

本発明は、回転操作に応じた入力信号を検出する入力装置に関する。

従来より、回転操作を検出可能な入力装置が種々提案されている（例えば、特許文献１、２）。例えば、所定の形状を備えた回転電極と固定検出電極が互いに対向して配置され、回転電極を介して固定検出電極と固定接地電極との間に形成されるキャパシタの静電容量の変化に基づいて、回転操作に応じた正弦波の検出信号を得る入力装置がある。このような入力装置においては、正弦波の検出信号に基づいて、ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ（逆正接）関数を用いた演算によって回転角度を算出している。

特開２０１２−６８２５５号公報 特開２０１４−２０８０号公報

しかしながら、ａｒｃｔａｎｇｅｎｔを用いた演算は演算回路への負荷が大きいため、高速な演算処理を実行することが難しくなり、このために、入力装置として、回転操作の検出速度を上げることが困難になるという問題があった。

そこで本発明は、検出精度を維持しつつ演算回路への負荷を低減し、これによって、正確かつ高速に回転操作の検出を行うことのできる入力装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の入力装置は、基台と、基台に保持された駆動電極と、基台に設けられた複数の固定電極と、回転軸の周りを回転自在であり、回転軸を中心とした第１仮想円上に並ぶように、基台に保持された複数の可動電極とを備える入力装置であって、複数の固定電極は、回転軸を中心とし、第１仮想円と同一の半径を有する第２仮想円上に並ぶように設けられ、複数の可動電極は、複数の固定電極に対してＮ個（Ｎは整数）おきに対向するように配置され、複数の可動電極を回転軸の周りに回転させたとき、回転軸方向に沿って見た、固定電極と可動電極の重なり面積は直線的に変化し、入力装置は、さらに、固定電極と可動電極との間に形成されるキャパシタの静電容量に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、検出信号に基づいて、複数の可動電極が基準位置から所定角度だけ回転したときの回転情報を取得する回転情報処理部とを備えることを特徴としている。
この構成によれば、検出信号生成部が生成する信号が、固定電極と可動電極との重なり面積の変化に対応した直線的な変化を示すようになるため、この直線の形状に基づいて回転情報を簡便な計算によって算出することが可能となり、これにより、ａｒｃｔａｎｇｅｎｔを用いた演算を行わずに、正確かつ高速に回転操作の検出を行うことができる。

本発明の入力装置において、回転情報処理部は、重なり面積の直線的な変化に対応して直線的に変化する検出信号に基づいて、複数の可動電極の回転方向及び／又は回転角度を算出することが好ましい。
これにより、検出信号の直線の傾き等に基づいて、容易かつ高速に回転情報を算出することができ、演算回路への負担を軽減することができる。

本発明の入力装置において、検出信号は、重なり面積の直線的な変化に対応して直線的に増加して変曲点に至り、この変曲点から直線的に減少することが好ましい。
これにより、回転方向を高速かつ正確に判別することができる。

本発明の入力装置において、複数の固定電極のうちの特定の固定電極と可動電極との間に形成されるキャパシタの静電容量に応じた検出信号と、複数の固定電極のうちの特定の固定電極に隣り合う固定電極と可動電極との間に形成されるキャパシタの静電容量に応じた検出信号との差を算出する信号差算出部を備え、回転情報処理部は、検出信号の差に基づいて回転情報を取得することが好ましい。
これにより、検出信号に含まれるオフセット分を相殺することができるため、ダイナミックレンジを広げて検出感度を高めることができる。また、ノイズが発生した場合にもこれを相殺することができるため、ノイズ除去回路等を追加することなく精度の高い検出結果を提供することができる。

本発明の入力装置において、回転情報処理部は、検出信号の差が示す直線に基づいて、複数の可動電極の回転方向及び／又は回転角度を算出することが好ましい。
これにより、演算回路への負担を軽減しつつ、回転方向や回転角度を正確かつ高速に算出することができる。

本発明の入力装置において、第１仮想円の周方向における可動電極の幅Ｖは、前記第２仮想円の周方向における固定電極の幅Ｗに対して次式（１）に示す関係を満足することが好ましい。
Ｗ≦Ｖ≦２Ｗ （１）
これにより、可動電極が重なる固定電極は２個以下となるため、２つの固定電極についての検出信号に基づいて回転情報を取得すればよいことから、その演算処理の負担を抑えることができる。

本発明によると、演算回路への負荷を低減しつつ、正確かつ高速に回転操作の検出を行うことのできる入力装置を提供することが可能となる

本発明の実施形態に係る入力装置の表面の外観を示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 本発明の実施形態に係る入力装置における、回転操作部、スペーサシート、及び基板を、基板の裏面側から見た分解斜視図である。 （Ａ）は回転操作部の構成を示す底面図、図４（Ｂ）は駆動電極と固定電極群の構成を示す平面図である。 （Ａ）は、可動電極、スペーサシート、及び固定電極群の位置関係を説明するための図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の５Ｂ部分の一部拡大図である。 本発明の実施形態に係る入力装置の全体的な構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る入力装置における回転操作の検出原理を説明するための図である。 検出信号生成部において生成された検出信号について、特定の固定電極のグループと駆動電極との間のキャパシタの静電容量に対応した検出信号と、この特定の固定電極に隣り合う固定電極のグループと駆動電極との間のキャパシタの静電容量に対応した検出信号との差の算出値を縦軸とし、回転操作部の回転角度を横軸とったグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る入力装置について説明する。各図には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｘ−Ｙ面は外観パネル３、基板４などと平行な面であって、Ｚ方向は、基板４から外観パネル３までが順に配置される方向である。以下の説明において、Ｚ方向から見た状態を平面視ということがある。

図１は本発明の実施形態に係る入力装置１の表面の外観を示す図である。図１に示すように、入力装置１の外観は、平面視で略長方形状を呈している。入力装置１の表面側（Ｚ方向上側）には外観パネル３が設けられ、裏面側（Ｚ方向下側）には基板４が設けられている。外観パネル３には、例えば、円形の開口部３ａが形成されている。この開口部３ａからは、回転操作部２０の表面２０ａが回転自在な状態で露出している。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図３は、入力装置１における、回転操作部２０、スペーサシート４０、及び基板４を、基板４の裏面４ｂ側から見た分解斜視図である。
図２又は図３に示すように、外観パネル３と基板４との間には、外観パネル３側から基板４側へ順に、フレーム１０及び回転操作部２０と、スペーサシート４０との各構成要素が設けられている。概ね円盤状の回転操作部２０の裏面２０ｂには、基板４上に設けられた駆動電極３０および固定電極群５０と対向する電極部２２が形成されている。以下、各構成要素について順に説明する。

フレーム１０は、外観パネル３と基板４との間隔を一定に保持する板状の部材である。図２に示すように、フレーム１０には、外観パネル３の開口部３ａよりも開口径の大きな円形の開口部１０ａが形成される。フレーム１０は、開口部１０ａの中心が、ＸＹ平面において、外観パネル３の開口部３ａの中心と一致するように配置され、開口部１０ａ内には、回転操作部２０が回転自在に収容される。ここで、外観パネル３、基板４、及び、フレーム１０は、入力装置１の基台５を構成している。回転操作部２０は、外観パネル３によって回転軸２１の方向の移動を規制されつつ、基台５に対して、Ｚ方向に沿って延びる回転軸２１の周りを回転自在に保持される。

図２と図３に示すように、回転操作部２０の裏面２０ｂには、回転軸２１を中心とする２つの同心円をなして基板４側へ突出した２つの突起部２６、２７が形成される。これら２つの突起部２６、２７が描く同心円の径は、突起部２６の方が小さくなっており、突起部２７は回転操作部２０の裏面２０ｂの周縁部に形成される。図２に示すように突起部２６と突起部２７はスペーサシート４０に当接するように配置され、これによって、回転操作部２０の裏面２０ｂに設けた電極部２２と、スペーサシート４０の表面４０ａとが一定の距離で離間する。また、スペーサシート４０は、フレーム１０の開口部１０ａによって側面を保持される。

回転操作部２０の裏面２０ｂにおいて、２つの突起部２６、２７の間には、回転軸２１に対して垂直な平面部２５が形成されている。この平面部２５には電極部２２が形成されている。この電極部２２は、回転軸２１を中心とする仮想円Ｃ１（第１仮想円）（図３）に沿うように形成されており、前記仮想円Ｃ１上に一定の角度間隔で並ぶ８個の可動電極２３と、可動電極２３の内側においてリング状に形成された円環部２４とからなる。電極部２２は、回転操作部２０の裏面２０ｂに対して、スパッタリング・蒸着その他の手段によって導電性薄膜として形成される。なお、電極部２２は、回転操作部２０とは別体で形成した導電性のリング状の薄い板材の表面に一定の角度間隔で形成し、この板材を裏面２０ｂに対して接着等によって固定してもよい。

図４（Ａ）は回転操作部２０の構成を示す底面図、図４（Ｂ）は駆動電極３０と固定電極群５０の構成を示す平面図である。図４（Ａ）はＺ方向下側から見た図、図４（Ｂ）はＺ方向上側から見た図である。図５（Ａ）は、可動電極２３、スペーサシート４０、及び固定電極群５０の位置関係を説明するための図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の５Ｂ部分の一部拡大図である。図５（Ａ）、（Ｂ）は、理解を容易にするために、円弧状に曲がったそれぞれの電極を平面状に広げた状態で表している。

基板４は概ね長方形の形状を持つ絶縁体の板であり、回転操作部２０と対向した表面４ａの平面部に駆動電極３０と固定電極群５０が設けられている。
図３または図４（Ｂ）に示すように、駆動電極３０は、回転軸２１を中心とした円（仮想円Ｃ２）に沿ったリング状に形成された導体の板である。駆動電極３０の外径と内径は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、電極部２２の円環部２４の外径及び内径とそれぞれほぼ一致しており、駆動電極３０と円環部２４は回転軸２１に沿った方向において互いに対向するように配置される。

図３または図４（Ｂ）に示すように、固定電極群５０は、上記仮想円Ｃ２上に等角度間隔に同一の平面形状を有する２４個の固定電極が並んで設けられる。固定電極群５０は、基板４の表面４ａ上において、駆動電極３０の外側であって駆動電極３０と離間した位置に配置されている。本実施形態に示す例では、固定電極群５０は、８個の第１固定電極５１と、８個の第２固定電極５２と、８個の第３固定電極５３との合計２４個の個別の固定電極を有する。これらの個別の固定電極は、同一の略扇形の平面形状を有し、回転軸２１を中心とした円の１周の１／２４の角度範囲に配置され、かつ、周方向において微小な間隔をもって互いに離間されている。第１固定電極５１、第２固定電極５２、及び、第３固定電極５３は、回転軸２１を中心とした仮想円Ｃ２（第２仮想円）（図３）上において、この順序で周期的に８個ずつ配置されている。ここで、仮想円Ｃ２は上記仮想円Ｃ１と同一の半径を有する円である。

固定電極群５０に対向する８個の可動電極２３は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１固定電極５１、第２固定電極５２、及び、第３固定電極５３と同一の平面形状を備え、回転軸２１を中心とする円上において８個の第１固定電極５１と同じ角度間隔で配置されている。この角度間隔は、８個の第２固定電極５２と、８個の第３固定電極５３についても同様である。したがって、８個の可動電極２３と８個の第１固定電極５１とが、それぞれ、ＸＹ平面において全体が重なるように対向しているとき、第２固定電極５２と第３固定電極５３はすべて可動電極２３には対向せずに平面部２５に対向する。これに対して、回転軸２１を中心として回転操作部２０を回転させていくと、回転角度に応じて、可動電極２３と第１固定電極５１との重なる面積が直線的に減少するとともに、第１固定電極５１に隣り合う第２固定電極５２と可動電極２３との重なる面積が直線的に増加する。このような重なり面積の変化は、回転操作部２０の回転によって可動電極２３を第２固定電極５２上から第３固定電極５３上へ移動させたときや、第３固定電極５３上から第１固定電極５１上へ移動させたときも同様であり、また、これらと逆方向に回転操作部２０を回転させたときも同様である。したがって、可動電極２３と固定電極群５０の個別の固定電極との重なり面積は周期的かつ直線的に変化する。
ここで、第１固定電極５１、第２固定電極５２、及び、第３固定電極５３の平面形状は、互いに同一でなくてもよいが、回転操作部２０を回転させたときに可動電極２３とそれぞれの固定電極とが重なる面積が直線的に変化することが好ましい。また、直線的に変化するというのは、変化が直線に沿っていることのほか、入力装置１の仕様等に照らして直線とみなせる曲線に沿って変化する場合も含みうる。

スペーサシート４０は、絶縁性のフィルム材であり、互いに対向する回転操作部２０と基板４の間に配置され、電極部２２と、駆動電極３０及び固定電極群５０との間隔を一定とし、かつ、互いに絶縁させる。さらに、可動電極２３と固定電極群５０が互いに対向し、円環部２４と駆動電極３０とが互いに対向することから、可動電極２３と固定電極群５０との間、及び、円環部２４と駆動電極３０との間キャパシタがそれぞれ形成される。
円環部２４と駆動電極３０とが形成するキャパシタの静電容量は、回転操作部２０の回転に拘わらず一定である。

この構成においては、可動電極２３と、固定電極群５０の個別の固定電極との重なり面積の変化に応じて、駆動電極３０と個別の固定電極とが形成するキャパシタの静電容量も直線的かつ周期的に変化する。さらに、可動電極２３と固定電極群５０の個別の固定電極の平面形状が同一であるため、回転操作部２０の回転によって互いの重なりの面積は、両者が正対したときに最大となり、この点を変曲点として、変曲点に至るまでは重なり面積が直線的に増加し、変曲点を上回ると重なり面積は直線的に減少する。

ここで、図５（Ｂ）に示すように、回転軸２１を中心とする円の周方向（図５（Ａ）、（Ｂ）の左右方向）において、可動電極２３の幅Ｖは、第１固定電極５１の幅Ｗと、第１固定電極５１と第２固定電極５２の間隔Ｌ１との和と同一である。ここで、第２固定電極５２及び第３固定電極５３の幅もＷであり、第２固定電極５２と第３固定電極５３の間隔、及び、第３固定電極５３と第１固定電極５１の間隔もＬ１である。また、隣り合う２個の可動電極２３の間隔Ｌ２は、Ｌ２＝２×Ｗ＋２×Ｌ１の関係を満足する。また、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、回転軸２１を中心とする円の径方向において、可動電極２３の長さＲ１は、駆動電極３０の長さと、第１固定電極５１、第２固定電極５２、及び第３固定電極５３の長さと同一である。

可動電極２３、第１固定電極５１、第２固定電極５２、第３固定電極５３の形状及び間隔をこのように設定したことによって、第１固定電極５１、第２固定電極５２、及び第３固定電極５３のいずれかを、可動電極２３に対して全体として重ね合わせるように対向させることができる。この対向状態から、回転操作部２０が回転することによって可動電極２３が周方向にずれると、電極間の重ね合わせ面積が直線的に増加又は減少するため、可動電極２３と、これに対向する固定電極との間に形成されるキャパシタの静電容量に対応する検出信号は三角波状の波形をなす。このような波形を用いて回転情報を算出すると、直線の傾きが明確に変化するため、回転角度や回転方向を精度良く、高速に算出することができる。

また、幅Ｖが間隔Ｌ１より大きいため、可動電極２３が特定の固定電極に対して全体として重なるように対向した状態から周方向にずれたときに、隣り合う固定電極のいずれかに対向することから、検出信号に途切れがなく、回転操作部２０の回転角度を精度良く検出することができる。

ここで、可動電極２３の幅Ｖは、第１固定電極５１、第２固定電極５２、及び第３固定電極５３の幅Ｗに対して次式（１）に示す関係を満足することが好ましい。
Ｗ≦Ｖ≦２Ｗ （１）
この式（１）は、隣り合う固定電極の間隔Ｌ１が、固定電極の幅Ｗに対して十分に小さい場合に適用されるが、幅Ｗに対して間隔Ｌ１が一定以上の大きさを有する場合は、次式（２）を満足することが好ましい。
Ｗ＋Ｌ１≦Ｖ≦２Ｗ＋２Ｌ１ （２）
上記の式（１）や式（２）を満足することによって、可動電極２３が３つ以上の固定電極にまたがることがなくなるため、駆動電極３０と、可動電極２３に対向する固定電極との間に形成されるキャパシタの静電容量に対応する検出信号は三角波状の波形となり、これにより回転情報を精度良く、かつ、簡便に算出することが可能となる。

図６は、本実施形態に係る入力装置１の全体的な構成の一例を示す図である。
本実施形態に係る入力装置１は、上述した構成に加えて、検出信号生成部６０と、処理部７０と、記憶部８０と、駆動部９０とを有する。また、処理部７０は、回転操作の検出に関する処理を行う回転情報処理部７１と、検出信号の差を算出する信号差算出部７２を有する。

検出信号生成部６０は、第１固定電極５１、第２固定電極５２、及び第３固定電極５３と、可動電極２３との間に形成されるキャパシタの静電容量に応じた一群の検出信号を生成する。検出信号生成部６０は、例えば、静電容量−電圧変換回路（ＣＶ変換回路）と、その出力電圧をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路を含んで構成される。

処理部７０は、入力装置１の全体的な動作を制御や信号処理などを行う回路であり、例えば記憶部８０に格納されたプログラムに基づいて処理を実行するコンピュータを含んで構成される。処理部７０による処理の少なくとも一部は、専用のハードウェア（ＡＳＩＣ等）で行ってもよい。
駆動部９０は、駆動電極３０に対して、処理部７０の制御にしたがって所定の駆動電圧を供給する。

図６に示すように、２４個の第ｉ固定電極（ｉは１から３までの整数を示す。）は、基板４に形成された配線パターンによって電気的に接続される。すなわち、８個の第１固定電極５１が共通の配線によって検出信号生成部６０に接続されており、８個の第２固定電極５２及び８個の第３固定電極５３についても、それぞれが共通配線によって検出信号生成部６０にそれぞれ接続されている。

駆動部９０によって駆動電極３０に所定の駆動電圧が供給されると、固定電極群５０の個別の固定電極と、８個の可動電極２３のそれぞれとの間に形成されるキャパシタには、重なった面積に対応する静電容量に応じた電荷がそれぞれ蓄積される。検出信号生成部６０は、キャパシタに蓄積される電荷に応じた信号を検出信号として生成する。

図７は、入力装置１における回転操作の検出原理を説明するための図である。図７は、回転操作部２０を回転軸２１を中心として回転させたときに、第１固定電極５１、第２固定電極５２、及び第３固定電極５３のそれぞれから出力された信号に基づいて検出信号生成部６０においてそれぞれ生成された検出信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣの信号強度を、角度θに対してプロットしたグラフである。検出信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣは、第１固定電極５１、第２固定電極５２、第３固定電極５３から出力された信号にそれぞれ対応しており、周期・振幅は互いに同一である。図７の横軸におけるＡ１、Ａ２、Ａ３、．．．は、等間隔に配置されており、固定電極群５０の個別の固定電極５１、第２固定電極５２、第３固定電極５３のいずれかに対して可動電極２３が正対したタイミングに対応する。
この検出信号波形について以下説明する。以下の説明では、可動電極２３の幅Ｖが固定電極の幅Ｗと同一である場合を例に挙げて、検出信号の波形、検出信号の差の算出、この算出値に基づいた回転角度の算出などについて述べているが、可動電極２３の幅Ｖが固定電極の幅Ｗに対して「Ｗ＜Ｖ≦２Ｗ」の範囲にある場合についても同様の処理が可能である。

図７に示すように、角度θ＝０となる基準位置において、検出信号ＳＡはピーク値であり、検出信号ＳＢ、ＳＣはボトム値（最低値）となっている。このとき、８個の可動電極２３は８個の第１固定電極５１とそれぞれ正対している。すなわち、平面視において、８個の可動電極２３と８個の第１固定電極５１は全体として、すなわち、ずれのない状態で重なっており、かつ、可動電極２３は、第２固定電極５２と第３固定電極５３には重なっていない。したがって、駆動電極３０と、第２固定電極５２及び第３固定電極５３のそれぞれとの間のキャパシタの静電容量はボトム値である。

つづいて、回転操作部２０を回転させていくと、可動電極２３と第１固定電極５１との重なり面積が直線的に減少するとともに、可動電極２３と第２固定電極５２との重なり面積が直線的に増加する。さらに回転操作部２０を回転させて回転角度θ＝Ａ１に至ると、８個の可動電極２３は８個の第２固定電極５２と正対する。このとき、検出信号ＳＢはピーク値となり、駆動電極３０と第２固定電極５２との間のキャパシタの静電容量もピーク値となる。一方、可動電極２３との重なり面積がゼロとなった第１固定電極５１については、検出信号ＳＡがボトム値となり、駆動電極３０との間のキャパシタの静電容量はボトム値となる。また、回転角度θが０からＡ１に至る間において、可動電極２３と第３固定電極５３は重なっていないため、検出信号ＳＣはボトム値のままであり、駆動電極３０と第３固定電極５３との電極間のキャパシタの静電容量はボトム値のままである。

次に、回転角度θ＝Ａ１からさらに回転操作部２０を回転させていくと、可動電極２３と第２固定電極５２との重なり面積が直線的に減少するとともに、可動電極２３と第３固定電極５３との重なり面積が直線的に増加する。さらに回転操作部２０を回転させて回転角度θ＝Ａ２に至ると、８個の可動電極２３は８個の第３固定電極５３と正対する。このとき、検出信号ＳＣはピーク値となり、駆動電極３０と第３固定電極５３との間のキャパシタの静電容量もピーク値となる。一方、可動電極２３との重なり面積がゼロとなった第２固定電極５２については、検出信号ＳＢがボトム値となり、駆動電極３０との間のキャパシタの静電容量はボトム値となる。また、回転角度θがＡ１からＡ２に至る間において、可動電極２３と第１固定電極５１は重なっていないため、検出信号ＳＡはボトム値であり、駆動電極３０と第１固定電極５１との電極間のキャパシタの静電容量はボトム値のままである。

さらに、回転角度θ＝Ａ２からさらに回転操作部２０を回転させていくと、可動電極２３と第３固定電極５３との重なり面積が直線的に減少するとともに、可動電極２３と第１固定電極５１との重なり面積が直線的に増加する。さらに回転操作部２０を回転させて回転角度θ＝Ａ３に至ると、８個の可動電極２３は８個の第１固定電極５１と正対する。このとき、検出信号ＳＡはピーク値となり、駆動電極３０と第１固定電極５１との間のキャパシタの静電容量がピーク値となる。一方、可動電極２３との重なり面積がゼロとなった第３固定電極５３については、検出信号ＳＣがボトム値となり、駆動電極３０との間のキャパシタの静電容量はボトム値となる。また、回転角度θがＡ２からＡ３に至る間において、可動電極２３と第２固定電極５２は重なっていないため、検出信号ＳＢはボトム値であり、駆動電極３０と第２固定電極５２との電極間のキャパシタの静電容量はボトム値のままである。

つづいて、回転角度θ＝Ａ３からさらに、Ａ４、Ａ５、Ａ６、．．．と回転操作部２０を回転させていくと、可動電極２３は、第２固定電極５２、第３固定電極５３、第１固定電極５１、第２固定電極５２、第３固定電極５３、．．．と順にそれぞれ正対し、可動電極２３との重なり状態に応じて、上述のように、それぞれの固定電極と駆動電極３０との間に形成されるキャパシタの静電容量が直線的に変化する。

ここで、検出信号生成部６０においては、検出信号を生成するときに、検出信号の強度が回転角度θに対して直線的に変化するように補正することが好ましい。この補正としては、最小二乗法等の回帰分析によって補正前の信号を直線近似する近似処理や、補正前の信号のうちの直線部分を延ばすことによって行う補間処理などがある。

図８は、検出信号生成部６０において生成された検出信号について、固定電極群５０のうちの特定の固定電極のグループ（例えば、８個の第１固定電極５１）と８個の可動電極２３との間のキャパシタに対応した検出信号と、この特定の固定電極に隣り合う固定電極のグループ（例えば、８個の第２固定電極５２）と可動電極２３との間のキャパシタに対応した検出信号との差の算出値を縦軸とし、横軸に回転操作部２０の回転角度をとったグラフである。

この差の算出は、信号差算出部７２によって行い、可動電極２３と、ある特定の固定電極とが正対してから、回転操作部２０の回転によって、上記特定の固定電極のとなりの固定電極に対して可動電極２３が正対するまでの回転角度ごとに算出対象を変更している。算出対象となる検出信号は、対象となる角度範囲において、可動電極２３に対して順に重なる２個の固定電極がそれぞれ形成するキャパシタの静電容量に対応する信号である。例えば、回転角度θがゼロからＡ１の範囲においては、第１固定電極５１に対応する検出信号ＳＡと第２固定電極５２に対応する検出信号ＳＢが対象となって、その差の算出値が図８によって直線ｄ１のように表される。ここで、図７に示すように、この角度範囲において信号強度がゼロのままである検出信号ＳＣは算出対象から除かれる。また、回転角度θがＡ１からＡ２の範囲においては、２つの検出信号ＳＢ、ＳＣの差が図８における直線ｄ２として表され、それ以降の回転角度θについても、直線ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、．．．と表される。

回転情報処理部７１は、検出信号生成部６０において生成される一群の検出信号（図７に示す第１検出信号ＳＡ、第２検出信号ＳＢ、第３検出信号ＳＣ）、及び／又は、信号差算出部７２において算出された検出信号の差の信号に基づいて、回転操作部２０の回転に係わる情報を取得する処理を行う。
回転情報処理部７１は、第１検出信号ＳＡ、第２検出信号ＳＢ、及び第３検出信号ＳＣの直線の傾きに基づいて、又は、信号差算出部７２において算出された検出信号の差の信号の直線の傾きに基づいて、回転情報として、回転操作部２０の回転方向を判定する。また、回転情報処理部７１は、第１検出信号ＳＡ、第２検出信号ＳＢ、及び第３検出信号ＳＣの直線における信号強度値に基づいて、又は、信号差算出部７２において算出された検出信号の差の算出値に基づいて、回転情報として、回転操作部２０の回転角度を算出する。

ここで、本実施形態の入力装置１においては、信号差算出部７２による信号差の演算を行わずに、第１検出信号ＳＡ、第２検出信号ＳＢ、及び第３検出信号ＳＣの直線の傾きや信号強度値に基づいて、回転操作部２０の回転方向を判定し、また、回転角度を算出することも可能である。しかし、信号差算出部７２において２つの検出信号の差を算出すると、検出信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣにそれぞれ含まれるオフセット分を相殺することができるため、差動演算回路などの新たな回路を追加することなくダイナミックレンジを実質的に広げることができ、これによって、検出感度を高めることが可能となる。また、ＩＣ電源ノイズやセンサ配線へのノイズが発生した場合にも、差を算出する過程でこれらを相殺することができるため、ノイズ除去回路等を追加することなく精度の高い検出結果を得ることができる。

以下に変形例について説明する。
上記実施形態においては、固定電極５１、５２、５３が８個ずつ周期的に並び、かつ、この周期ごとに可動電極２３が配置された構成を例示したが、４個以上の固定電極を周期的に配置し、この周期ごとに可動電極２３を配置してもよい。

上記実施形態においては、回転操作部２０を手指で操作することによって回転操作部２０を回転軸２１の周りを回転させていたが、これに代えて、モーター等の駆動機器によって回転操作部２０を回転軸２１の周りに回転させることもでき、これにより、入力装置１を回転エンコーダとして機能させることも可能である。

以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、複数の可動電極２３を回転軸２１の周りに回転させたとき、回転軸２１の方向に沿って見た、固定電極群５０の各電極と可動電極２３の重なり面積は直線的に変化し、これに対応して検出信号生成部６０が生成する信号も、上記重なり面積の変化に対応した直線的な変化を示すようになるため、この直線の形状に基づいて回転情報を簡便な計算によって算出することが可能となり、これにより、ａｒｃｔａｎｇｅｎｔを用いた演算を行う必要がなくなることから演算回路の負担を軽減でき、正確かつ高速に回転操作の検出を行うことができる。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上のように、本発明に係る入力装置は、検出精度を維持しつつ演算回路への負担を低減できる点で有用である。

１ 入力装置
３ 外観パネル
４ 基板
５ 基台
１０ フレーム
２０ 回転操作部
２１ 回転軸
２２ 電極部
２３ 可動電極
２４ 円環部
２５ 平面部
２６、２７ 突起部
３０ 駆動電極
４０ スペーサシート
５０ 固定電極群
５１ 第１固定電極
５２ 第２固定電極
５３ 第３固定電極
６０ 検出信号生成部
７０ 処理部
７１ 回転情報処理部
７２ 信号差算出部

Claims (6)

1. 基台と、
   前記基台に保持された駆動電極と、
   前記基台に設けられた複数の固定電極と、
   回転軸の周りを回転自在であり、前記回転軸を中心とした第１仮想円上に並ぶように、前記基台に保持された複数の可動電極とを備える入力装置であって、
   前記複数の固定電極は、前記回転軸を中心とし、前記第１仮想円と同一の半径を有する第２仮想円上に並ぶように設けられ、
   前記複数の可動電極は、前記複数の固定電極に対してＮ個（Ｎは整数）おきに対向するように配置され、
   前記複数の可動電極を前記回転軸の周りに回転させたとき、前記回転軸方向に沿って見た、前記固定電極と前記可動電極の重なり面積は直線的に変化し、
   前記入力装置は、さらに、
   前記固定電極と前記可動電極との間に形成されるキャパシタの静電容量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、前記複数の可動電極が基準位置から所定角度だけ回転したときの回転情報を取得する回転情報処理部と
   を備えることを特徴とする入力装置。
2. 前記回転情報処理部は、前記重なり面積の直線的な変化に対応して直線的に変化する検出信号に基づいて、前記複数の可動電極の回転方向及び／又は回転角度を算出することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記検出信号は、前記重なり面積の直線的な変化に対応して直線的に増加して変曲点に至り、この変曲点から直線的に減少することを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
4. 前記複数の固定電極のうちの特定の固定電極と前記可動電極との間に形成されるキャパシタの静電容量に応じた検出信号と、前記複数の固定電極のうちの前記特定の固定電極に隣り合う固定電極と前記可動電極との間に形成されるキャパシタの静電容量に応じた検出信号との差を算出する信号差算出部を備え、
   前記回転情報処理部は、前記検出信号の差に基づいて回転情報を取得することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の入力装置。
5. 前記回転情報処理部は、前記検出信号の差が示す直線に基づいて、前記複数の可動電極の回転方向及び／又は回転角度を算出することを特徴とする請求項４に記載の入力装置。
6. 前記第１仮想円の周方向における前記可動電極の幅Ｖは、前記第２仮想円の周方向における固定電極の幅Ｗに対して次式（１）に示す関係を満足することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の入力装置。
   Ｗ≦Ｖ≦２Ｗ （１）

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