JP3880652B2 - 静電容量型アナログスイッチおよび操作装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押下量に応じて静電容量が変化する静電容量型アナログスイッチ、および例えばコンピュータやその他の機器に対し操作量を入力する静電容量型アナログスイッチを備えた操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、静電容量型スイッチが提案されており（実公平３−１７３７６号公報参照）、その静電容量型スイッチを、コンピュータへの情報入力用キーボードに使用することが提案されている。
図１０は、上記従来の静電容量型アナログスイッチの概略構成図である。
【０００３】
基板１上に、この例では２つの固定電極、すなわちドライブ側固定電極２ａとセンス側固定電極２ｂが形成されている。これらの固定電極２ａ，２ｂの上には誘電膜３が配置され、さらにその上には、渦巻状のコイルバネからなる可動電極４が配置されている。
ここで、この可動電極４が図１０の上から押下されると、固定電極２ａ，２ｂと可動電極４との間の静電容量が変化する。
【０００４】
図１１は、静電容量型スイッチの押下のストロークに対する静電容量の変化例を示すグラフである。
図１１に示すように押下ストロークに応じて静電容量が変化することから、この静電容量を検出することにより可動電極４の押下の程度、すなわちこの静電容量型スイッチのストローク位置を知ることができる。
【０００５】
この静電容量型スイッチの静電容量を測定するには、ドライブ側固定極２ａに所定の交流電圧信号を入力し、そのドライブ側固定電極２ａと可動電極４との間の容量、およびその容量と等価的に直列に接続された容量である、可動電極４とセンス側固定電極２ｂとの間の容量を経由してセンス側固定電極２ｂにあらわれる信号を検出することによりその静電容量型スイッチの静電容量を検出することができる。
【０００６】
図１２は、図１０に示す構造の静電容量型スイッチの静電容量の測定回路を示す回路図である。
ドライバ３１は、所定の周波数の信号を発生し、アナログマルチプレクサ３２に入力する。このアナログマルチプレクサ３２は、マイクロコンピュータ３６の指令を受けて、ドライバ３１から入力された信号が、一時には複数の静電容量型スイッチ３３のうちのいずれか１つの静電容量型スイッチに入力されるように、切り換わり、これにより、複数の静電容量型スイッチ３３が順次走査される。信号が入力された静電容量型スイッチ３３を経由した信号は、増幅器３４で適切に増幅され、Ａ／Ｄ変換器３５でディジタル信号に変換されてマイクロコンピュータ３６に入力される。マイクロコンピュータ３６は、入力されたディジタル信号の大きさが例えば図１１に示すしきい値Ｔｈより大きいか小さいかを判断してオン／オフに二値化することによりその静電容量型スイッチが操作されたか否かの二値信号を生成してホストコンピュータに送る。
【０００７】
例えばこのようにして、静電容量型スイッチの操作が検出される。
図１０に示す静電容量型スイッチは、２つの固定電極２ａ，２ｂを備えていることから、多数の静電容量型スイッチを配置する場合は、それら多数の静電容量型スイッチを縦横に二次元的に配列し、例えば縦方向については、縦方向に並ぶ複数の静電容量型スイッチのドライブ側固定電極２ａどうしを接続し、横方向については、横方向に並ぶ複数の静電容量型スイッチのセンス側固定電極２ｂどうしを接続し、ドライブ側の線とセンス側の線を選択することにより静電容量型スイッチを特定してその特定した静電容量型スイッチの容量を測定してもよい。ただし、原理上は、固定電極は１つであってその固定電極と可動電極との間を通過する信号を検出してそれらの電極のうちの静電容量を検出してもよい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構造の静電容量型アナログスイッチは、渦巻状のコイルバネに問題の原因が内在しており、この渦巻状コイルバネの組み付け作業に時間がかかりコストアップの原因となる。また、この渦巻状のコイルバネに不具合があったときにこの渦巻状コイルバネを交換するのも非常に困難である。この渦巻状コイルバネは金属製であるために固く、固定電極上の誘電膜の摩耗を防ぐためにその材料や膜の製法に考慮を払う必要があってこの点もコスト上不利である。さらに、この静電容量型アナログスイッチを、例えばいわゆるジョイスティック型の操作子に適用した場合、渦巻状のコルバネが斜めに押下されるおそれがあり、斜めに押下されると押下のストローク量に対する静電容量の変化量が大幅に異なってしまうという問題が発生するため、斜めに押下されるのを防止するための、例えばガイドやステム等を必要とし、この静電容量型アナログスイッチ単体のみならず、この静電容量型アナログスイッチを採用した装置等についてもコストアップとなる。また、このような斜め押し防止対策としてガイドやステム等を備える必要があるため、その分スイッチの高さが高くなり、操作装置全体が大型化ないし厚みが増してしまうという問題もある。
【０００９】
さらに、渦巻状コイルバネの製造ばらつき、組み付けのばらつきにより、ストローク量と静電容量の変化量が一定せず、アナログスイッチとして使用するには調整等が必要でありこの点もコストアップ要因となっていた。
本発明は、上記事情に鑑み、従来よりも量産性に富み、かつ信頼性の高い静電容量型アナログスイッチ、およびその静電容量型アナログスイッチを用いストローク量を高精度に検出することのできる操作装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の静電容量型アナログスイッチは、固定電極と、その固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有しその凸形状部分の先端が上記誘電膜を挟んで固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて誘電膜への接触面積が変化しその接触面積に応じて固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、「ゴム状弾性体」とは、その材料自身が伸縮自在な弾性体をいい、ゴムに限らず、伸縮自在な樹脂、エラストマ、スポンジ等を含む概念である。
上記本発明の静電容量型アナログスイッチにおいて、上記固定電極が所定の基板上に固定されたものであって、上記ゴム状弾性体が、上記凸形状部分と基板との間に延在してその基板に対し凸形状部分を支えるとともに押圧時に押圧の程度に応じて変形する支持部分を有することが好ましい。
【００１２】
上記本発明の静電容量型アナログスイッチは、前述した従来例における渦巻状コイルバネに代え、上記のゴム状弾性体を備えたため、以下の作用効果を有する。
（１）非押下時に凸形状部分の先端が誘電膜から離れて位置するよう配置することにより、非押下時の静電容量値を０にすることができ、したがって押下時の静電容量値の差を大きくとることができ、ストロークに対する静電容量値の変化量（傾き）を向上させることができる。
（２）組み付け誤差が少なく、また簡単に組み付けができる。また、交換も容易である。
（３）ゴム状弾性体であるため、固定電極上の誘電膜の摩耗は皆無に近く、誘電膜材料の選定の幅が大きく広がり安価なかつ安定性の高い材料を採用することができる。
（４）斜めからの押下でも、安定した静電容量特性を得ることができ、操作装置側に斜め押下防止用の部材が不要となる。
（５）このためストローク量を必要以上に大きくする必要がなく、厚さの薄い静電容量型アナログスイッチを用い厚さの薄い操作装置、例えばゲーム機用コントローラが製造可能となる。
【００１３】
図１は、本発明の第１の操作装置の基本ブロック図である。本発明の第１の操作装置は、
（１）固定電極と、その固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有しその凸形状部分の先端が誘電膜を挟んで固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて誘電膜への接触面積が変化しその接触面積に応じて固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを備えた静電容量型アナログスイッチ５０
（２）静電容量型アナログスイッチ５０の容量を検出する検出手段５１
（３）静電容量型アナログスイッチ５０が押下されていないときと押下されたときの容量値を記憶し、検出手段５１により検出された静電容量型アナログスイッチ５０の容量値と記憶された容量値とに基づいて、静電容量型アナログスイッチ５０の現在のストローク位置を求める補正手段５２
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１の操作装置は、上記補正手段５２を備えているため、ストロークに対する容量にばらつきが存在していても、微妙な調整は不要であって、かつ高精度でそのストロークを検出することができる。
また、本発明の第１の操作装置は上記補正手段５２を備えているため、ストローク位置を正確に求めることができ、したがって、本発明の第１の操作装置を、その静電容量型スイッチ５０が強く押されたか弱く押されたかという、いわゆるタッチレスポンスに応用することができる。
【００１５】
この場合、本発明の第１の操作装置において、静電容量型アナログスイッチ５０が操作されたときの、その静電容量型アナログスイッチ５０が所定の第１のストローク位置を通過した時刻から所定の第２のストローク位置を通過する時刻までの時間を計測する計時手段５３が備えられる。
この計時手段５３で上記の時間を計測することにより、強く押されたか弱く押されたかという操作の強さが検知される。
【００１６】
また、本発明の第２の操作装置は、固定電極と、その固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有しその凸形状部分の先端が誘電膜を挟んで固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて該誘電膜への接触面積が変化しその接触面積に応じて固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを備えた静電容量型アナログスイッチが少なくとも３個円状に配置されるとともに、これらの静電容量型アナログスイッチを覆い、これらの静電容量型アナログスイッチが配列された円の中心を軸としていずれの方向にも傾斜してこれらの静電容量型アナログスイッチのうちの一部の静電容量型アナログスイッチを押下する操作板とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
この第２の操作装置は、従来のマウス、ジョイスティック、トラックボール等と同様な二次元的な操作量を入力することができる。この第２の操作装置は、その用途が限定されるものではないが、特に、ゲーム機用コントローラに好適に組み込むことができる。さらに、本発明の第３の操作装置は、一端側が基体に軸支されその基体に接離する方向に回動自在な鍵、その鍵を基体から離間させる方向に付勢するバネ部材、および鍵の押下により押下される、固定電極と、その固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有しその凸形状部分の先端が誘電膜を挟んで固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて誘電膜への接触面積が変化しその接触面積に応じて固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを有する静電容量型アナログスイッチを備えたことを特徴とする。
【００１８】
電子楽器などに組み込まれ、ないし電子楽器などに接続される鍵盤装置には、鍵の押下の速度を検出するスイッチが備えられている。本発明の第３の操作装置によれば、静電容量型スイッチを用いてその鍵の押下位置、押下速度を検出することができる。
尚、上記第２の操作装置、第３の操作装置は、機構的な構造を規定したものであるが、それら第２の操作装置、第３の操作装置は、それらの機構的な構造に加え、
上記静電容量型アナログスイッチの容量を検出する検出手段、および上記静電容量型アナログスイッチが押下されていないときと押下されたときの容量値を記憶し、上記検出手段により検出された上記静電容量型アナログスイッチの容量値と記憶された容量値とに基づいて、上記静電容量型アナログスイッチの現在のストローク位置を求める補正手段を備えたものであってもよい。
【００１９】
本発明の第２ないし第３の操作装置において上記補正手段を備えた場合、本発明の第１の操作装置と同様、ストローク位置を正確に求めることができるため、本発明の第２ないし第３の操作装置を、その静電容量型スイッチが強く押されたか弱く押されたかという、いわゆるタッチレスポンスに応用することができる。この場合、本発明の第１の操作装置と同様、本発明の第２ないし第３の操作装置において、静電容量型アナログスイッチが操作されたときの、その静電容量型アナログスイッチが所定の第１のストローク位置を通過した時刻から所定の第２のストローク位置を通過する時刻までの時間を計測する計時手段が備えられる。
【００２０】
この計時手段で上記の時間を計測することにより、強く押されたか弱く押されたかという操作の強さが検知され、例えばこの操作装置を電子楽器の鍵盤装置に用いた場合に発音する楽音の音量を制御することができ、あるいは、この操作装置をゲーム機に用いた場合に画面上のアニメーションの動きの速さ等を制御することができる。強く押されたか弱く押されたかという二値のみでよい場合は、上記の計測された時間を二値化処理すればよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図２，図３は、本発明の静電容量型アナログスイッチの一実施形態のそれぞれ押下前、押下後の状態を表す概略模式図である。図１０に示す従来の静電容量型アナログスイッチの構成部品と同じ構成部品には、多少の形状等の相違があっても同一の符号を付して示し、相違点について説明する。
【００２２】
ここには、固定電極２ａ，２ｂと、固定電極の２ａ，２ｂを覆う誘電膜３と、ゴム弾性体４１が示されている。このゴム状弾性体４１は、図１０に示す従来例における渦巻状コイルバネに代わるものであり、凸形状部分４１ａと支持部分４１ｂとからなる。凸形状部分４１ａは、その凸形状の先端が誘電膜３を挟んで固定電極２ａ，２ｂと対向するように配置されるとともに、非押下時の静電容量を０にするために、その先端は、誘電膜３から僅かに離れた位置に配置されている。このゴム弾性体４１は、少なくともその凸形状部分４１ａの先端の部分が導電性をもつように、導電性ゴムで形成され、あるいは、その少なくとも先端の部分に導電性材料のものが塗布されている。
【００２３】
また、支持部分４１ｂは、凸形状部分４１ａと基板１との間に延在し、基板１に対しその凸形状部分４１ａを上記の所定位置に支持する役割りをなすとともに、押下時には図３に示すように変形してその凸形状部分がその押下ストロークと比例する量だけ誘電膜３と接するように適度な弾力を有している。
この凸形状部分４１ａはその先端の部分が半球形であり、多少斜めに押下されても押下のストロークに対する、誘電膜３への接触面積はほぼ一定に保たれ、したがって斜め押下による誤差は極めて小さい。また支持部材４１ｂの高さをあらかじめ調整された高さにしておくことにより、非押下時に凸形状部分４１ａの先端を誘電膜３から僅かに離れた位置に配置することができ、非押下時の静電容量を０にすることができる。
【００２４】
また、この高さの低いゴム状弾性体も容易に製作可能であり、ストロークを大きくとる必要のない用途の場合、高さの低い静電容量型アナログスイッチが構成される。
さらにこのゴム状弾性体４１は単にその位置に配置すればよく、微妙な調整は不要であり、組立性、交換性に優れている。
【００２５】
次に本発明の操作装置の実施形態について説明する。尚、以下の実施形態の説明では、再度、前述した図１２を参照して説明する。
図２，図３に示す静電容量型スイッチにおいて、押下に伴って形成される、ゴム状弾性体４１と固定電極２ａ，２ｂとの間の静電容量は、その静電容量型スイッチ毎に押下のストロークに対する、形成される静電容量の値が異なっている。また、押下前の段階における、ゴム状弾性体４１と誘電膜３との間隔もその静電容量型スイッチ毎に僅かに異なっている。
【００２６】
この静電容量型スイッチの静電容量は、図１２を参照して説明したように、複数の静電容量型スイッチ３３にわたって順次、循環的にセンスされマイクロコンピュータにそのデータが取り込まれる（以下、これを「静電容量型スイッチを繰り返しスキャニングする」と称する）。
静電容量型スイッチには、上記のようなばらつきが存在するため、マイクロコンピュータ３６では以下のようにしてそのデータの補正を行う。
【００２７】
（最小容量の決定）
マイクロコンピュータ３６の内部には、各静電容量型スイッチ３３のそれぞれに対応してその静電容量型スイッチ３３の最小容量、すなわちその静電容量型スイッチが押される前の容量を記憶しておくバッファ（バッファＡと名づける）が用意されており、図１２に示す回路への電源投入時に動作するプログラムにより、そのバッファＡに所定の最大容量を表す値が格納される。その後、静電容量型スイッチのスキャニングが開始されるが、一回のスキャニング毎に現在センスした値とバッファＡに格納されている値とを比較し、現在センスした値の方が小さかった場合バッファＡの値を‘１’だけ減算する（静電容量の値の低下を表わす）。こうすることにより、電源投入後使用開始前の、人間の感覚にとってはほぼ瞬時の間に多数回繰り返すスキャニングにより、バッファＡに格納された値は各静電容量型スイッチ毎の押下前の各静電容量を示すものとなる。
【００２８】
ただし、静電容量型スイッチの押下前の静電容量が電源変動やノイズ等により実際の値よりも低めに検出されてしまいその低めの値がバッファＡに格納されたままにとどまるのを避けるために、スキャニングの時間と比べかなり長い周期でバッファＡの値が‘＋１’される。この‘＋１’された後のスキャニングで、バッファＡに格納されている値よりも現在センスした値の方が小さかった場合、バッファＡの値が再度、‘−１’される。
【００２９】
このようにして電源が切られる迄の間、ダイナミックに各静電容量型スイッチ毎の最小容量が定められる。
（最大容量の決定）
マイクロコンピュータ３６の内部には、上述したバッファＡに加え、各静電容量型スイッチ３３のそれぞれに対応して、その静電容量型スイッチ３３の最大容量、すなわちその静電容量型スイッチの最大押下時の静電容量を記憶しておくバッファ（バッファＢと名づける）も用意されており、電源投入時には、静電容量型スイッチがばらついても最大押下時には、必ずその静電容量値までは確保されるという値が格納される。その最大押下時において静電容量がその静電容量値まで上昇しない静電容量型スイッチは、例えば出荷検査時に不良品と見なされる。
【００３０】
この最大容量は、使用前には補正することはできないが、スキャニングの際にバッファＢの値よりも大きな値がセンスされる都度、その大きな値がバッファＢの内容が更新される。
このとき、信頼性を高めるため、複数回のスキャニングで大きな値がセンスされたことをもってバッファＢの内容を更新するようにしてもよい。
【００３１】
上記のようにして最小容量、最大容量がダイナミックに更新される。
実際の使用時には、現在センスされたある静電容量型センサの容量値を、バッファＡ，バッファＢに格納された、その静電容量型スイッチの最小容量、最大容量に基づいて補正をして、正しい値、すなわちその静電容量型スイッチの現在の押下のストロークが求められる。このようにして求められたストロークデータを、二値化せずにホストコンピュータに送り、ホストコンピュータ側で処理することにより、種々の応用が可能となる。
【００３２】
図４は、その応用の１つであるタッチレスポンスの説明図である。
上記のようにして、最小容量、最大容量をそれぞれバッファＡ，バッファＢに格納し、それらのバッファＡ，Ｂに格納された最小容量，最大容量を用いてその静電容量型スイッチの正確なストロークが求められ、その静電容量型スイッチを押したときの実際のストロークと求められたストロークが高精度に一致することになる。
【００３３】
そこで、ストロークのしきい値を２つ、すなわちストロークＡとストロークＢを設定しておき、その静電容量型スイッチを押したときの、ストロークＡを通過した時刻に計時を開始し、ストロークＢに達する迄の時間を計測する計時手段を備える。このようにして計測された時間は、直接的にはその静電容量型スイッチを押す速さを測定していることになるが、人間の感覚上は、その静電容量型スイッチを押す強さ（いわゆるタッチレスポンス）に対応している。このようにして計測された時間は、この静電容量型スイッチの用途に応じて、この静電容量型スイッチを、例えば電子楽器の鍵盤装置に用いたときは、鍵を押す強さ（速さ）を、発音する楽音の音量に反映させたり、あるいは、この静電容量型スイッチを、例えばゲーム機用コントローラに用いたときは、その静電容量型スイッチを押す強さ（速さ）を、例えばテレビ画面上のアニメーションの動きの速さに反映させたりすることができる。この計時手段は、ホストコンピュータ側に備えていてもよく、あるいは、図１２に示す、この静電容量型スイッチ側に組み込まれたマイクロコンピュータ３６に備えて（すなわちそのマイクロコンピュータ３６で動作するプログラムで計時して）、その計時結果をホストコンピュータ側に送ってもよい。
【００３４】
図５は、図２，図３に示す静電容量型スイッチを組み込んだ操作装置の一実施形態を示す模式断面図、図６は、図２，図３に示す静電容量型スイッチとは異なる実施形態としての静電容量型スイッチを組み込んだ操作装置の実施形態を示す模式断面図である。
図５に示す操作装置は、図２，図３に示す、凸形状部分４１ａと支持部分４１ｂを有するゴム状弾性体４１を備えた静電容量型スイッチが操作板６０の下に組み込まれた構造を有しており、操作板６０の押下量に応じて静電容量型スイッチの静電容量が変化する。
【００３５】
図６に示す操作装置を構成する静電容量型スイッチのゴム状弾性体４２には、図５に示す静電容量型スイッチのゴム状弾性体４１の支持部分４１ｂに相当する部分は存在せず、図５に示すゴム状弾性体４１の凸形状部分４１ａのみに相当し、そのゴム状弾性体４２が、操作板６０の下面に、例えば接着、成形等により固着されている。このように、本発明の静電容量型スイッチのゴム状弾性体には支持部分は必ずしも必要ではない。
【００３６】
図６に示す操作装置において、操作板６０の押下量に応じて静電容量型スイッチの静電容量が変化する点は、図５に示す操作装置と同様である。
図７は、静電容量型スイッチを備えたゲーム機用コントローラの模式図、図８は、その一部分の説明図である。
図に示すゲーム機用コントローラ１０には、それぞれ単独の操作が可能な４つの静電容量型スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、円板上の操作板１２が備えられている。この操作板１２は、その中心点０から周辺側に離れたところを押すことによって、その中心点０を中心としてその押した側に傾くように構成されている。
【００３７】
この操作板１２の下には、図８に示すように、ここに示す例では、４つの静電容量型スイッチ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが円状に並ぶように配列されており、操作板１２が押されると、その押された方向に応じて、それら４つの静電容量型スイッチ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのうちの押された側に配置された１つもしくは２つの静電容量型スイッチが押し下げられる。どの１つの静電容量型スイッチが押されるか、あるいはどの２つの静電容量型スイッチがそれぞれどの程度押されるかをセンスすることによって操作板１２がどの方向に傾けられたか、およびどの程度傾けられたかを知ることができる。
【００３８】
従来の汎用のゲーム機用コントローラは、上述した各静電容量型スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ；１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに代わり単にそのスイッチが押されたか否かを二値的に検出するオン／オフのスイッチが備えられているが、これと比べ図７に示すゲーム機用コントローラ１０の場合、上述した押下のストロークを正しく検知する補正手段と組み合わせることにより、ゲーム用ソフトに応じ、以下に例示するような複雑な動作をさせることができる。従来では二値的なオン／オフの操作のみであったため、例えば、自動車レースのゲームにおいて、自動車を加速させるかさせないかという二値的な操作しかできなかったのに対し、図７に示すゲーム機用コントローラ１０では、ゆっくりと加速する、速く加速するといった加速の程度を操作者の思い通りに変えることができる。また、操作板１２側については、従来では、ある１つのスイッチがオンされるかあるいは円周方向に隣接した２つのスイッチがオンされるかにより４５°ずつの角度分解能であったが、図７に示す操作板１２の場合、そのデータのとり方により例えば１°ずつ等極めて細かい角度分解能を得ることができ、その指示の方向を極めて精密にコントロールすることができ、さらにその操作板１２の操作量に応じ、その方向についての‘操作の強さ’も入力することができる。
【００３９】
従来、静電容量型スイッチではなく通常のオン／オフ接点のスイッチを備えた、図７に示す形状と同様の形状を有するゲーム機用コントローラで対応できないゲームの場合、そのゲーム機用コントローラとは別にそのゲームソフトに適合したコントローラが必要であったが、図７に示すゲーム機用コントローラ１０によれば、従来よりも極めて広範なゲームに適合し、このゲーム機用コントローラ１０以外のコントローラを別途用意する必要性はほとんど皆無となる。
【００４０】
尚、操作板１２および静電容量型スイッチ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの構成は、ゲーム機用コントローラに限らず、従来のマウス、トラックボール、ジョイステック等、画面上の方向等を指示する操作子に代わる操作子として構成してもよい。
図９は、電子楽器用の鍵盤を構成する一本の鍵の部分概略構成図である。
【００４１】
鍵２１の後端部２１ａがシャーシ２２に軸支されており、鍵２１の前端部２１ｂがシャーシ２２に近づく方向および遠ざかる方向に回動自在に構成されている。また、この鍵２１の後端部２１ａとシャーシ２２との間には引張ばね２３が配置されており、鍵２１は、シャーシ２２から離れる方向に付勢されている。鍵２１には、係止爪２１ｃが形成されており、その係止爪２１ｃがシャーシ２２に係合することにより、鍵２１の、シャーシ２２から離れる方向への回動の上限が規制されている。また、鍵２１には突起部２１ｄが形成されており、鍵２１がシャーシ２２に近づく方向に押されると、その突起部２１ｄがシャーシ２２に当接し、これにより、鍵２１の回動の下限が規制されている。
【００４２】
また、シャーシ２２上には静電容量型スイッチ２４が備えられ、鍵２１の、その静電容量型スイッチ２４に対向する位置には、その静電容量型スイッチ２４を押す押下部２１ｅが形成されている。鍵２１が押下されると、その押下のストロークに応じて、静電容量型スイッチ２４の静電容量が変化し、その静電容量をセンスすることにより、鍵２１の押下量を知ることができる。
【００４３】
この静電容量型スイッチ２４と、前述した押下のストロークを正しく求めるための補正手段とを組み合わせると、鍵の押下位置が正確に検知され、さらに、タッチレスポンスのための計時手段を備えると鍵の押下速度が正確に検知され、演奏者の微妙なニュアンスの表現力を向上させることができる。また、この静電容量型スイッチは、ストロークも取れ軽いタッチで押下することができるため、鍵の操作感を損うこともない。
【００４４】
また、本発明の操作装置をオン／オフ操作用として使用した場合、例えばコンピュータ入力用のキーボードとして使用した場合も、押下ストロークが高精度に検知されることから、例えば押下したときにオンに変化するストローク位置と、押下した状態から離したときのオフに変化するストローク位置との間にヒステリシスをもたせることによりチャッタリングのない信頼性の高いキーボードが実現する。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電容量型アナログスイッチによれば、量産性に富み、かつ信頼性の高い静電容量型アナログスイッチを実現することができる。
また本発明の操作装置によれば、従来にない新規な操作装置が実現し、さらに、高信頼性の操作装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の操作装置の基本ブロック図である。
【図２】本発明の静電容量型アナログスイッチの一実施形態の、押下前の状態を表わす概略構成図である。
【図３】本発明の静電容量型アナログスイッチの一実施形態の、押下後の状態を表わす概略構成図である。
【図４】タッチレスポンスの説明図である。
【図５】図２，図３に示す静電容量型スイッチを組み込んだ操作装置の一実施形態を示す模式断面図である。
【図６】図２，図３に示す静電容量型スイッチとは異なる実施形態としての静電容量型スイッチを組み込んだ操作装置の実施形態を示す模式断面図である。
【図７】静電容量型スイッチを備えたゲーム機用コントローラの模式図である。
【図８】図７に示すゲーム機用コントローラの一部分の説明図である。
【図９】電子楽器用の鍵盤を構成する一本の鍵の部分概略構成図である。
【図１０】従来の静電容量型スイッチの概略構成図である。
【図１１】静電容量型スイッチの押下のストロークに対する静電容量の変化例を示すグラフである。
【図１２】図１０に示す構造の静電容量型スイッチの静電容量の測定回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ａ ドライブ側固定電極
２ｂ センス側固定電極
３ 誘電膜
４ 可動電極
１０ ゲーム機用コントローラ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，２４，１２ 操作板
２１ 鍵
２２ シャーシ
２３ 引張ばね
３１ ドライバ
３２ アナログマルチプレクサ
３３ 静電容量型スイッチ
３４ 増幅器
３５ Ａ／Ｄ変換器
３６ マイクロコンピュータ
４１，４２ ゴム状弾性体
４１ａ 凸形状部分
４１ｂ 支持部分
５０ 静電容量型アナログスイッチ
５１ 検出手段
５２ 補正手段
５３ 計時手段
６０ 操作板

Claims (9)

1. 固定電極と、該固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有し該凸形状部分の先端が前記誘電膜を挟んで前記固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて該誘電膜への接触面積が変化し該接触面積に応じて前記固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを備えたことを特徴とする静電容量型アナログスイッチ。
2. 前記固定電極が所定の基板上に固定されたものであって、前記ゴム状弾性体が、前記凸形状部分と前記基板との間に延在して該基板に対し該凸形状部分を支えるとともに押圧時に押圧の程度に応じて変形する支持部分を有することを特徴とする請求項１記載の静電容量型アナログスイッチ。
3. 固定電極と、該固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有し該凸形状部分の先端が前記誘電膜を挟んで前記固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて該誘電膜への接触面積が変化し該接触面積に応じて前記固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを備えた静電容量型アナログスイッチ、
   前記静電容量型アナログスイッチの容量を検出する検出手段、および
   前記静電容量型アナログスイッチが押下されていないときと押下されたときの容量値を記憶し、前記検出手段により検出された前記静電容量型アナログスイッチの容量値と記憶された容量値とに基づいて、前記静電容量型アナログスイッチの現在のストローク位置を求める補正手段を備えたことを特徴とする操作装置。
4. 固定電極と、該固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有し該凸形状部分の先端が前記誘電膜を挟んで前記固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて該誘電膜への接触面積が変化し該接触面積に応じて前記固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを備えた静電容量型アナログスイッチが少なくとも３個円状に配置されるとともに、
   これらの静電容量型アナログスイッチを覆い、これらの静電容量型アナログスイッチが配列された円の中心を軸としていずれの方向にも傾斜してこれらの静電容量型アナログスイッチのうちの一部の静電容量型アナログスイッチを押下する操作板とを備えたことを特徴とする操作装置。
5. ゲーム機用コントローラに組み込まれてなることを特徴とする請求項４記載の操作装置。
6. 一端側が基体に軸支され該基体に接離する方向に回動自在な鍵、該鍵を該基体から離間させる方向に付勢するバネ部材、および該鍵の押下により押下される固定電極と、該固定電極を覆う誘電膜と、少なくとも一部に先端部分が半球状の凸形状部分を有し該凸形状部分の先端が前記誘電膜を挟んで前記固定電極と対向するように配置され、押圧の程度に応じて該誘電膜への接触面積が変化し該接触面積に応じて前記固定電極との間の静電容量が定まるゴム状弾性体とを有する静電容量型アナログスイッチを備えたことを特徴とする操作装置。
7. 電子楽器用鍵盤装置に組み込まれてなることを特徴とする請求項６記載の操作装置。
8. 前記静電容量型アナログスイッチの容量を検出する検出手段、および前記静電容量型アナログスイッチが押下されていないときと押下されたときの容量値を記憶し、前記検出手段により検出された前記静電容量型アナログスイッチの容量値と記憶された容量値とに基づいて、前記静電容量型アナログスイッチの現在のストローク位置を求める補正手段を備えたことを特徴とする請求項４から７のうちいずれか１項記載の操作装置。
9. 前記静電容量型アナログスイッチが操作されたときの、該静電容量型アナログスイッチが所定の第１のストローク位置を通過した時刻から所定の第２のストローク位置を通過する時刻までの時間を計測する計時手段を備えたことを特徴とする請求項３又は８記載の操作装置。

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