JP4770646B2

JP4770646B2 - 入力装置及び情報処理装置

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Publication number: JP4770646B2
Application number: JP2006231002A
Authority: JP
Inventors: 幸治松永
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-08-28
Also published as: JP2008052661A

Description

本発明は、静電容量の変化量により移動量を検出する入力装置及び情報処理装置に関し、特に、ポインタ等の移動操作、画面のスクロール操作における移動量の入力を受け付ける入力装置及び該入力装置を備えた情報処理装置に関する。

特開平６−３１４１６３号公報に、検出された静電容量の変化量により移動量の入力を受け付ける方式の所謂静電容量式センサが開示されている。同公報記載の静電容量式センサは、図２０に示すように、入力軸部１１０と固定された基板１０１の下面に電極部Ｃを形成し、基板１０１の下側に対向して基板１０２を配置し、基板１０２の上面に電極部Ｃと対向する電極部Ｃ’（ＣＸ＋、ＣＸ−、ＣＹ＋、ＣＹ−）を配置する構成となっている。

同公報の構成では、基板１０１が水平方向に移動することで、電極部Ｃと電極部Ｃ’の間に発生する静電容量が変化し、静電容量の変化を出力電圧に変換して移動方向及び移動量を検出する。図２０では、４方向の移動を検出するために４つの電極ＣＸ＋、ＣＸ−、ＣＹ＋、ＣＹ−を用いている。

特開平６−３１４１６３号公報

各種情報処理装置の画面の大型化、高解像度化に伴い、ポインタの移動やスクロールの範囲が広くなるとともに、細かい操作が必要となっている。例えば、アイコン、ボタンなどの比較的小さい対象を選択する場合や細かい描画を行う場合には、操作部への指示量（移動量）に対して、ポインタ等をゆっくり移動させる必要がある（微調整操作）。その一方で、例えば、大きく離れたボタン間のポインタの移動、画面の端から端までポインタを移動する場合は、上記ゆっくりした動作ではもどかしく感ぜられるため、操作部への指示量（移動量）に対して、ポインタ等を速く移動させる必要がある（粗調整操作）。

上記従来の構成にて、微調整操作及び粗調整操作の両方に対応するには、例えば、移動量の全範囲において静電容量の変化量を小さく設定した系と、大きく設定した系を２つ縦方向に重ねる構造が考えられる。この場合、静電容量を検出する出力信号の本数は、従来の２倍の本数が必要となるという問題点がある。例えば、角度９０度間隔に４方向に電極を４個配置する場合は、それぞれの電極に対する出力信号の本数は４本となるところ、上記２つ縦方向に重ねる構造では検出する電極が８個必要となり、出力信号の本数は８本あり、従来の２倍の本数が必要となる。また、これらの特徴は、当該入力装置のみならず、入力装置を組み込む機器、装置の小型化の面も不都合である。

また、上記微調整操作及び粗調整操作の両方に対応する別の方法としては、外部にそれぞれの操作を切り替えるボタン等を設けて、ボタンのＯＮ／ＯＦＦ状態に対応して静電容量の変化量に定数を掛けて移動速度を切り替える方法が考えられる。しかしながら、この場合、当該機能を実現する電気回路及びソフトウェアが必要となるという問題点がある。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであって、静電容量を検出する出力信号の本数を増加させず、外部に操作を切り替える電気回路及びソフトウェアを設けることなく、上記微調整操作及び粗調整操作の両方に対応可能な入力装置を提供することにある。

本発明の第１の視点によれば、検出電極と、該検出電極と接続され静電容量を検出する静電容量検出回路と、を備え、前記静電容量検出回路にて検出された静電容量の変化量により移動量を検出する入力装置であって、前記検出電極に対して平行移動可能に配置される第１誘電体と、接地され、前記第１誘電体上に配置された第１電極と、前記検出電極と、前記第１誘電体との間に、前記検出電極に対して平行移動可能に配置される第２誘電体と、外部と電気的に接続されておらず、前記第２誘電体上に配置された第２電極と、を備え、前記第１誘電体と前記第２誘電体が移動する前の初期位置において、前記第１電極と第２電極との間に発生し、前記第１誘電体の移動により変化する第１の静電容量と、前記検出電極と第２電極との間に発生し、前記第２誘電体の移動により変化する第２の静電容量と、が異なること、を特徴とする入力装置が提供される。

また本発明の第２の視点によれば、上記特徴を有する入力装置を備えた情報処理装置が提供される。

本発明によれば、静電容量の変化量のみに基づき、ユーザから指示された（指示）移動量を検出できる簡素かつ操作性に優れた移動量入力手段を構成することが可能となる。

［第１実施形態］
続いて、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る入力装置を上面から見た透視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

図１、図２を参照すると、本実施形態に係る入力装置１は、検出電極４ａ〜４ｄ、第２電極３ａ〜３ｄ、第１電極がそれぞれ形成された第１〜第３誘電体５〜７の３層から構成されている。第１誘電体５、第２誘電体６は、それぞれ、ゴム、バネのような弾性を持つ部材（図示省略）により付勢され、図１、図２の初期状態に保持される。

第１誘電体５は、第３誘電体７に対して平行移動可能となっており、その上面には四角形状の第１電極２が形成されている。第１誘電体５を移動することにより、第１電極２を移動させることが可能となっている。また、第１電極２はグランド（ＧＮＤ）接続される。

第１誘電体５の下側に対向して配置された第２誘電体６は、第１誘電体５と同様に水平方向に移動可能となっている。第２誘電体６の上面には、第２電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが形成されている。第２誘電体６を移動することにより、第２電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを移動させることが可能となっている。

第２電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、外部と電気的に接続しておらず、その電極面積の一部分が第１電極２と対向し、かつ、外側にはみ出した状態となるように配置される。図１の例では、第２誘電体６及び第１誘電体５の移動方向（図１の上下方向及び左右方向）と平行に、かつ、第１電極２の中心位置を通過する直線上に第１電極２の中心位置を対称として２つ配置されている。

図１の左右方向についてみると、第２電極３ａ、３ｃが、第１電極２の中心位置を通過し、かつ、移動方向と平行である直線（図１の一点鎖線Ａ−Ａ）上であり、かつ第１電極２の中心位置を対称とする位置にそれぞれ配置されている。また、上下方向も前記左右方向と同様に、第１電極２を中心に第２電極３ｂ、３ｄが対称配置されている。

第１電極２と第２電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、移動する前の状態で一部分が対向しており、第１誘電体５及び第２誘電体６が移動しても常に一部分を対向した状態にあるよう配置される。

第３誘電体７上には、検出電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが形成されている。検出電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、外部にある静電容量を検出する回路（静電容量検出回路；図示省略）と接続されている。第２電極３ａと検出電極４ａ、第２電極３ｂと検出電極４ｂ、第２電極３ｃと検出電極４ｃ、第２電極３ｄと検出電極４ｄがそれぞれ電極面積の一部分を対向し、かつ、外側にはみ出した状態となるように配置されている。

図１の例では、第１誘電体５及び第２誘電体６の外形形状は、略同じとなっており、移動前の状態（初期位置）では、第１誘電体５及び第２誘電体６との中心位置が一致している。この状態において、第２電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと検出電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの間のそれぞれの静電容量の値と、第２電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと第１電極２の間のそれぞれの静電容量の値とが異なるよう設定されている。

第１誘電体５、第２誘電体６、第３誘電体７の材質は、電極が形成できる誘電体材料であればよく、例えば、ガラスエポキシ材、セラミック材、ガラス等でよい。

第１電極２、第２電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、検出電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの材質は、導電材料であればよく、例えば電極としてよく使用される銅、アルミなどでよい。

なお図１の例では、ポインタ等の移動に好適なように、２軸方向（左右方向と上下方向）に第２電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと検出電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを配置した構成となっているが、移動する方向である移動量の検出方向を１軸方向、例えば、上下方向として１つの第１電極２に対して第２電極３ｂ、３ｄと検出電極４ｂ、４ｄを配置する構成であってもよい。該構成によれば、例えば、縦方向の画面のスクロール操作を受け付ける入力装置、例えば、スクロール・マウスのスクロールレバーを得ることができる。

また図１の例では、第２電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ及び検出電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの形状を直角二等辺三角形とし、これらを向かい合わせた配置としているが、これは、限られた各誘電体の表面に、極力大きく各電極をレイアウトするためである。もちろん、第２電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ及び検出電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの形状を、その他の三角形状、四角形状、五角形状などの多角形状、円形状、楕円形状とすることもできる。

図３は、図２の構成において各電極に発生する静電容量を記載したものである。第１電極２と第２電極３ａとの間に発生する静電容量を第１の静電容量Ｃ１ａ、第２電極３ａと検出電極４ａの間に発生する静電容量を第２の静電容量Ｃ２ａと表している。前記したように第１電極２は接地されているため、検出電極４ａに発生する静電容量Ｃａは、第１の静電容量Ｃ１ａと第２の静電容量Ｃ２ａを直列に接続した状態と等価となり、次式（１）で表すことができる。

図４は、本実施形態に係る入力装置にて発生する静電容量を等価回路で表現したものである。第２電極３ａ〜３ｄと第１電極２の間に発生するそれぞれの静電容量を第１の静電容量Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃ、Ｃ１ｄとし、第２電極３ａ〜３ｄと検出電極４ａ〜４ｄの間に発生するそれぞれの静電容量を第２の静電容量Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ、Ｃ２ｃ、Ｃ２ｄとする。第１の静電容量Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃ、Ｃ１ｄは、片方（第１電極２）がグランド（ＧＮＤ）接続されており、第２の静電容量Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ、Ｃ２ｃ、Ｃ２ｄは、片方（検出電極４ａ〜４ｄ）がそれぞれ外部の（静電容量）検出回路と接続されている。また、第１の静電容量Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃ、Ｃ１ｄと第２の静電容量Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ、Ｃ２ｃ、Ｃ２ｄは、それぞれ直列に接続した状態にある。

続いて、本実施形態に係る入力装置１の動作について、図面を参照して詳細に説明する。図５は、第１誘電体５のみが左方向に水平移動した状態を示している。第１誘電体５に外部からの力が働くことにより、第１誘電体５が移動することで、第１電極２と第２電極３ａの対向する面積は減少し、第１電極２と第２電極３ａ間の静電容量は減少する。これにより、検出電極４ａで検出される静電容量は上記式（１）に従って減少する。反対に、第１電極２と第２電極３ｃの対向する面積は増加し、第１電極２と第２電極３ｃ間の静電容量は増加する。これにより、検出電極４ｃで検出される静電容量は上記式（１）に従って増加する。

図６は、第１誘電体５と第２誘電体６が一緒に左方向に水平移動した状態を示している。第１誘電体５と第２誘電体６に外部からの力が働くことにより、第２電極３ａと検出電極４ａの対向する面積は減少し、第２電極３ａと検出電極４ａ間の静電容量は減少する。これにより、検出電極４ａで検出される静電容量は上記式（１）に従って減少する。反対に、第２電極３ｃと検出電極４ｃの対向する面積は増加し、第２電極３ｃと検出電極４ｃの間の静電容量は増加する。これにより、検出電極４ｃで検出される静電容量は上記式（１）に従って増加する。

上記より、第１誘電体５のみが移動する状態と、第１誘電体５と第２誘電体６の双方が移動する状態との２状態を使い分けることより、第２電極３ａ、３ｃと検出電極４ａ、４ｃの間の静電容量と、第２電極３ａ、３ｃと第１電極２の間の静電容量とを別々に変化させることが可能となる。そして、各検出電極にて検出された静電容量の増加、減少は、移動量の違いとなって表れる。

また、検出電極４ａ、４ｃで検出される静電容量の差分（検出電極４ａの静電容量）−（検出電極４ｃの静電容量）を取ると、図５、図６の状態では静電容量の差分が負の値となる。差分が負の値のときを左方向の移動と定義すると、検出される値の正負により移動方向、検出される値の絶対値により移動量が検出できる。また、右方向、上下方向についても、上記左方向のときと同様に検出することが可能である。

さらに、図１の斜めの右上方向の移動についても、検出電極４ａ、４ｄ（図１参照）で検出される静電容量はともに増加し、検出電極４ｂ、４ｃで検出される静電容量はともに減少するため、これらの静電容量の変化により斜め方向の移動検出が可能である。

なお、以上の説明では、検出電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと第１電極２間の静電容量については説明を省略したが、第２誘電体６と第１誘電体５の中心位置が一致している初期位置において、検出電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと第１電極２が対向して静電容量が発生していてもよい。その理由は、検出電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと第１電極２が対向していても、図５、６のような移動状態において、それぞれ静電容量の変化を検出できるからである。

また、図５、図６の各状態から、外部からの力が解放されると、前記したゴム、バネ等の弾性部材（図示省略）により、第１誘電体５及び第２誘電体６は、中心位置が一致している図１及び図２の状態に復帰する。

続いて、第１誘電体５のみが移動する場合と、第１誘電体５及び第２誘電体６が一緒に移動する場合における、移動量に対する静電容量の変化を大きく変える仕組みについて説明する。

図７は、第１誘電体５のみが移動したとき（図５に対応）の第２電極３ｃ、第１電極２の状態を示した図である。図中点線は、移動する前の第１電極２を表しており、図中実線は、左方向に移動した後の第１電極２を表している。また図中網掛け部分は、第１電極２が移動することにより増加することとなった第２電極３ｃと第１電極２の対向面積を表している。

第１電極２は四角形状であり、第１電極２が移動した際に対向することとなる第２電極３ｃの外形は第１電極２の外形より大きいため、第１電極２の移動により対向面積の増加する領域（網掛け部分）は略四角形状となる。従って、移動量に略比例して対向面積は増加することとなる。

図８は、第１誘電体５及び第２誘電体６の双方が移動したとき（図６に対応）の第２電極３ｃ、検出電極４ｃの状態を示した図である。図中点線は、移動する前の第２電極３ｃを表しており、図中実線は、左方向に移動した後の第２電極３ｃを表している。また図中網掛け部分は、第２電極３ｃが移動することにより増加することとなった検出電極４ｃと第２電極３ｃの対向面積を表している。

第２電極３ｃ及び検出電極４ｃは、頂点を中心方向に指向させた三角形状であるため、第２電極３ｃの移動により対向面積の増加する領域（網掛け部分）は台形状となる。従って、移動量に対して、対向面積を大きく増加させることができる。

図９は、移動量に対する静電容量の変化量を計算した結果を示す図である。同図の横軸は、移動量であり、第１誘電体及び第２誘電体が移動していない初期位置を０％、第１誘電体及び第２誘電体が最大に移動しているフルストローク状態を１００％としている。同図の縦軸は、静電容量の変化量であり、初期位置（移動量０％のときに相当）で検出した静電容量を基準として移動時に変化する静電容量を差し引いた値を示している。

図９の計算の条件は以下のとおりである。第２電極３ａ〜３ｄと第１電極２の間の静電容量は、第２電極３ａ〜３ｄと検出電極４ａ〜４ｄの間の静電容量より大きく設定されており、具体的には、第２電極３ａ〜３ｄと第１電極２の間のギャップと、第２電極３ａ〜３ｄと検出電極４ａ〜４ｄの間のギャップとの割合を１対３としている。

また、第２電極３ａ〜３ｄの形状を高さを１０ｍｍ、底辺を２０ｍｍの二等辺三角形状とし、検出電極４ａ〜４ｄも第２電極３ａ〜３ｄと同じ形状としている。第１電極２の形状は、正方形状とし１辺を１２ｍｍとしている。

図１の初期状態において、検出電極４ａ〜４ｄと第２電極３ａ〜３ｄとのオーバラップ幅は、移動方向（例：図１のＡ−Ａ方向）で５．５ｍｍあり、第２電極３ａ〜３ｄと第１電極２とのオーバラップ幅は、移動方向（例：図１のＡ−Ａ方向）で５．５ｍｍとなっている。

第１誘電体５及び第２誘電体６の移動可能量（フルストローク）は、ともに４ｍｍとしている。また、第１誘電体５及び第２誘電体６の誘電率はともに同じ値を用いている。

上記したように、検出電極４ａ〜４ｄと第２電極３ａ〜３ｄ間の静電容量と、第２電極３ａ〜３ｄと第１電極２間の静電容量とは、直列に接続された状態とみなせる。また、第２電極３ａ〜３ｄと検出電極４ａ〜４ｄ間の静電容量より、第２電極３ａ〜３ｄと第１電極２間の静電容量を大きくしている。検出電極４ａ〜４ｄと第２電極３ａ〜３ｄ間の静電容量と、第２電極３ａ〜３ｄと第１電極２間の静電容量とが、両方同時に変化することはなく、どちらか一方が変化する。

これらにより、大きい値に設定された第２電極３ａ〜３ｄと第１電極２間の静電容量が変化した場合、検出される静電容量Ｃａの変化量は小さく、小さい値に設定された検出電極４ａ〜４ｄと第２電極３ａ〜３ｄ間の静電容量が変化した場合、検出される静電容量Ｃａの変化量は大きくなる（前述の式（１）参照）。

図９の実線Ｌ１は、図５に示したように第１誘電体５のみを移動させた場合の静電容量の変化を示している。静電容量の変化量の大きさに対してポインタの移動速度を決定する場合、全体的に移動量の変化に対して静電容量の変化が小さい実線Ｌ１の特性にて、ゆっくりしたポインタの移動を実現できる（微調整操作に相当）。

一方、図９の点線Ｌ２は、図６に示したように第１誘電体５及び第２誘電体６の双方を移動させた場合の静電容量の変化を示している。静電容量の変化量の大きさに対してポインタの移動速度を決定する場合、全体的に移動量の変化に対して静電容量の変化が大きい実線Ｌ２の特性にて、ポインタの高速移動を実現できる（粗調整操作に相当）。

また例えば、図９において移動量が５０％における静電容量の変化量を比較すると、実線Ｌ１（微調整操作時）における静電容量の変化量Ｃ１は、点線Ｌ２（粗調整操作時）における静電容量の変化量Ｃ２と比較して約３分の１の値である。これは、微調整操作と、粗調整操作とで、ポインタの移動速度を約３分の１異ならせることが実現されていることを意味する。

以上より、静電容量を検出する出力信号の本数を増加させず、外部に操作を切り替える電気回路やソフトウェアを設けることなく、ポインタの移動速度を大きく異ならせた微調整操作及び粗調整操作を実現することができる。

なお、上記した実施形態では、第２電極３ａ〜３ｄと第１電極２間の静電容量より、第２電極３ａ〜３ｄと検出電極４ａ〜４ｄ間の静電容量を小さくしているが、静電容量の大小関係を入れ替えることも可能である。例えば、上記した静電容量の大小関係を入れ替えた場合、図５、図６の各状態に対応する静電容量の特性線Ｌ１、Ｌ２（図９参照）を入れ替えることができる。

また、上記した各電極間のギャップの比や、各電極の形状・サイズ・レイアウト、各誘電体の可動幅等は、あくまでその一例を示したものであり、入力装置の用途や要求仕様に従って、適宜変更することが可能である。

［第２実施形態］
続いて、第２電極及び検出電極のレイアウトについて変更を加えた本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１０は、本実施の形態に係る入力装置を上面から見た透視図であり、図１との相違は、図１と同じ移動方向を検出するために必要な第２電極７３ａ、７３ｂ及び検出電極７４ａ、７４ｂの数が半分であり、かつ、第２電極７３ａ、７３ｂの形状が長方形となっている点である。

図１０の構成によれば、第２電極７３ａ、７３ｂが長方形をしているため、第１電極７２の上下又は左右方向の移動に対し、静電容量の変化量の絶対値がそれぞれ等しくなる。従って、静電容量の正負の変化にて移動方向を検出し、静電容量の変化量の絶対値に対してポインタの移動速度を決定することが可能となる。これは、１つの第２電極７３ａ、１つの検出電極７４ａで左右の移動方向及び移動量を検出できることを意味する。

また図１０の構成によれば、第２電極７３ｂは、第２電極７３ａに対して第１電極７２の中心位置から角度９０度回転した位置に配置されている。検出電極７４ａは、第２電極７３ａに対して電極面積の一部分を対向し外側にはみ出して配置されている。検出電極７４ｂも第２電極７３ｂに対して同様に配置されている。

図１１は、図１０の構成において発生する静電容量を表した等価回路図である。第２電極７３ａ、７３ｂと第１電極７２の間に発生するそれぞれの静電容量を第１の静電容量Ｃ７１ａ、Ｃ７１ｂ、第２電極７３ａ、７３ｂと検出電極７４ａ、７４ｂの間に発生するそれぞれの静電容量を第２の静電容量Ｃ７２ａ、Ｃ７２ｂとする。

第１の静電容量Ｃ７１ａ、Ｃ７１ｂは片方（第１電極７２）がグランド（ＧＮＤ）接続されており、第２の静電容量Ｃ７２ａ、Ｃ７２ｂは片方（検出電極７４ａ、７４ｂ）がそれぞれ２つ外部の（静電容量）検出回路と接続されている。また、第１の静電容量Ｃ７１ａ、Ｃ７１ｂと第２の静電容量Ｃ７２ａ、Ｃ７２ｂは、それぞれ直列に接続した状態にある。

図１２は、上記構成にて移動量に対する静電容量の変化量を計算した結果を示す図である。図１２の点線は、第１誘電体７５のみを移動させた場合の静電容量の変化を示している。図１２の実線は、第１誘電体７５及び第２誘電体の双方を移動させた場合の静電容量の変化を示している。図１２の縦軸は、静電容量の変化量、横軸は移動量の変化量を示している。

図１２の計算の条件では、第２電極７３ａ、７３ｂと第１電極７２の間のギャップと、第２電極７３ａ、７３ｂと検出電極７４ａ、７４ｂの間のギャップとの割合を１対２としている。また、各誘電体の誘電率、第１電極７２と第２電極７３ａ、７３ｂ間のそれぞれの対向面積、及び、第２電極７３ａ、７３ｂと検出電極７４ａ、７４ｂ間のそれぞれの対向面積を等しくしている。

各誘電体を右側方向（あるいは上方）に移動すると、それぞれの対向面積が増加し、静電容量の変化量が正の値になる。また、各誘電体を左側方向（あるいは下方）に移動すると、それぞれの対向面積が減少し、静電容量の変化量が負の値になる。

また、図１２の静電容量の変化量が、正負方向に大きく変化する特性線（実線）を粗調整操作、正負方向に小さく変化する特性線（点線）を微調整操作とすることで、静電容量の変化量の大きさに応じたポインタの移動速度の切り替えが実現される。

以上のように、本実施の形態によれば、上記第１の実施形態の効果に加えて、出力信号の本数を半減することが可能となる。

なお、上記した実施形態では、第２電極７３ａ、７３ｂの形状を長方形としているが、上記原理を満たしうるその他の形状も採用可能である。例えば、初期位置において第１電極と第２電極とが重なる移動方向に直交する線に線対称な部分と、初期位置において第２電極と検出電極とが重なる移動方向に直交する線に線対称な部分とを第２電極が有し、該線対称部分を各電極の相対移動範囲とするレイアウトであれば、初期位置からの移動による前記各電極間の静電容量の変化の絶対値が等しくすることができる。

［第３実施形態］
続いて、上記第１誘電体のみの移動と、第１誘電体及び第２誘電体の同時移動を切り替える切り替え機構を有する操作部を含めた本発明の第３の実施形態について説明する。

図１３は、本実施形態に係る入力装置３１において、第１誘電体３５と第２誘電体３６との中心位置が一致している（初期位置にある）初期状態の断面図である。

第１誘電体３５と第２誘電体３６の形状は同一であり、第１誘電体３５と第２誘電体３６との中心位置が一致している（初期位置にある）初期状態において、その外縁も一致している。第１電極３２と、第２電極３３ａ、３３ｃと、検出電極３４ａ、３４ｃの構成は、上記した第１の実施形態と同様である。

操作部３０は、人の手指等によって操作される上方のレバー部と、下方に開口した下部嵌合構造からなり、前記下部嵌合構造は、第１誘電体３５及び第２誘電体３６を収容可能に構成されている。また、操作部３０は、前記下部嵌合構造と第１誘電体３５との間に配設されたバネ・ゴム等の弾性体３９ａによって上方に付勢されており、初期状態において第１誘電体３５のみを水平方向に移動可能となっている。

また、図１３の初期状態において操作部３０を押し下げることにより、前記下部嵌合構造が、第２誘電体３６まで嵌まり込み、第１誘電体３５及び第２誘電体３６の双方を一緒に水平方向に移動可能な状態になる。

また、操作部３０の下部嵌合構造とケース３８との間、及び、第２誘電体３６とケース３８との間には、バネ・ゴム等の弾性体３９ｂ、３９ｃがそれぞれ複数組配設されており、その付勢力により、操作部３０は、常時中心位置に復帰できるような構成となっている。

なお、弾性体３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び操作部３０の前記下部嵌合構造は導電性材料より構成される。これにより、第１電極３２は、弾性体３９ａ、３９ｂ、３９ｃと前記嵌合構造を介してケース３８に電気的に接続されていることになる。

ケース３８は、入力装置３１の構成物を収納、保護する部材である。各種入力装置や、図１４に示すように情報処理装置本体２００に本入力装置を組み込む際に、ネジ等で止めて固定される。

図１５は、操作部３０に下方に所定値以上の荷重を加えずに水平方向に動かした状態を示している。操作部３０に加わる荷重が弾性体３９ａで設定された所定の荷重より小さいとき、同図に示されたように、操作部３０の下部嵌合構造は、第１誘電体３５とのみ嵌合しているため、第１誘電体３５のみが移動する。

図１６は、操作部３０に下方に所定値以上の荷重を加えつつ水平方向に動かした状態を示している。操作部３０に加わる荷重が弾性体３９ａで設定された所定の荷重より大きいとき、同図に示されたように、操作部３０の下部嵌合構造は、第１誘電体３５及び第２誘電体３６と嵌合し、第１誘電体３５及び第２誘電体３６を一緒に移動させることが可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、特別なソフトウェアドライバ等を用意することなく、操作部３０の上下位置により、微調整操作又は粗調整操作を切り替えることが可能となっている。

［第４実施形態］
続いて、上記第３の実施形態とは別タイプの切り替え機構を有する操作部を含めた本発明の第４の実施形態について説明する。

図１７は、本実施形態に係る入力装置５１において、第１誘電体５５と第２誘電体５６との中心位置が一致している（初期位置にある）初期状態の断面図である。

本実施形態においては、第１誘電体５５の下方に位置する第２誘電体５６の外周に突起部５６ａが形成されている点を特徴としている。突起部５６ａは、第１誘電体５５の外周に対し、微調整操作範囲又は粗調整操作範囲を規定する所定の遊びをもって形成される。かくて、第１誘電体５５が前記遊び幅以上に移動すると、第１誘電体５５の外周部が、第２誘電体５６の突起部５６ａに当接し、第２誘電体５６を移動させる構成となっている。

また本実施形態においても、操作部５０とケース５８との間、及び、第２誘電体５６とケース５８との間には、バネ・ゴム等の弾性体５９ｂ、５９ｃがそれぞれ複数組配設されており、その付勢力により、操作部５０は、常時中心位置（初期位置）に復帰できるような構成となっている。

本実施形態においては、操作部５０が導電性材料より構成され、第１電極５２は直接乃至適宜導電性のスペーサを介して操作部５０と電気的に接続される。

その他、第１電極５２と、第２電極５３ａ、５３ｃと、検出電極５４ａ、５４ｃ等の構成は、上記した第１の実施形態と同様である。

図１８は、第１誘電体５５の外周部が第２誘電体５６の突起部５６ａに当接する位置まで、操作部５０を水平方向に動かした状態を示している。ここから更に、操作部５０を動かすと、図１９に示す通り、第１誘電体５５及び第２誘電体５６が一緒に移動する。

以上のように、本実施形態によれば、特別なソフトウェアドライバ等を用意することなく、操作部５０の移動量により、微調整操作又は粗調整操作を連続的に切り替えることが可能となっている。

以上、本発明の好適な各実施形態について説明したが、上位２層の平行移動可能な誘電体と、最下層の検出電極層との３層構造とした入力装置の、最上層の誘電体上に、接地され、移動した際に第１の静電容量の変化を発生させるよう第１電極を配設し、中間層の誘電体上に、外部と電気的に接続されておらず、移動した際に前記第１の静電容量の変化と異なる第２の静電容量の変化を発生させる第２電極を配設し、中間層の誘電体の移動有無により、静電容量の変化を切り替えるという本発明の要旨を逸脱しない範囲で、各種の変形を加えることが可能であることはいうまでもない。

例えば、上記した第３、第４の実施形態で、第１誘電体と第２誘電体を別々に、あるいは、一緒に移動させる方法を例示したが、第１誘電体と第２誘電体に互いに係合する凸部と凹部を設け、該凸凹部の係合／非係合によっても上記切替構成を達成することが可能である。また、その他、第１誘電体又はと第２誘電体の移動範囲や移動方向に規制を設けることも適宜採用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る入力装置を上面から見た透視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図２の各電極に発生する静電容量を表した図である。本発明の第１の実施形態に係る入力装置にて発生する静電容量を表した等価回路図である。図２の第１誘電体のみが水平に左方向に移動した状態を表した図である。図２の第１誘電体及び第２誘電体が水平に左方向に移動した状態を表した図である。第１誘電体のみの移動時に増大する第１電極、第２電極間の対向面積を説明するための図である。第１誘電体及び第２誘電体の双方移動時に増大する第２電極、検出電極間の対向面積を説明するための図である。本発明の第１の実施の形態に係る入力装置における移動量に対する静電容量の変化量を説明するための図である。本発明の第２の実施の形態に係る入力装置を上面から見た透視図である。本発明の第２の実施形態に係る入力装置にて発生する静電容量を表した等価回路図である。本発明の第２の実施の形態に係る入力装置における移動量に対する静電容量の変化量を説明するための図である。本発明の第３の実施の形態に係る入力装置の断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る入力装置を搭載した情報処理装置の例である。本発明の第３の実施の形態に係る入力装置の動作を説明するための図である。本発明の第３の実施の形態に係る入力装置の動作を説明するための図である。本発明の第４の実施の形態に係る入力装置の断面図である。本発明の第４の実施の形態に係る入力装置の動作を説明するための図である。本発明の第４の実施の形態に係る入力装置の動作を説明するための図である。従来の入力装置の構成を表した断面図である。

符号の説明

１、３１、５１、７１入力装置
２、３２、５２、７２第１電極
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３３ａ、３３ｃ、５３ａ、５３ｃ、７３ａ、７３ｂ第２電極
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、３４ａ、３４ｃ、５４ａ、５４ｃ、７４ａ、７４ｂ検出電極
５、３５、５５、７５第１誘電体
６、３６、５６第２誘電体
７、３７、５７第３誘電体
３０、５０操作部
３８、５８ケース
３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、５９ｂ、５９ｃ弾性体
５６ａ突起部
２００情報処理装置本体
Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃ、Ｃ１ｄ、Ｃ７１ａ、Ｃ７１ｂ第１の静電容量
Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ、Ｃ２ｃ、Ｃ２ｄ、Ｃ７２ａ、Ｃ７２ｂ第２の静電容量

Claims

検出電極と、該検出電極と接続され静電容量を検出する静電容量検出回路と、を備え、前記静電容量検出回路にて検出された静電容量の変化量により移動量を検出する入力装置であって、
前記検出電極に対して平行移動可能に配置される第１誘電体と、
接地され、前記第１誘電体上に配置された第１電極と、
前記検出電極と、前記第１誘電体との間に、前記検出電極に対して平行移動可能に配置される第２誘電体と、
外部と電気的に接続されておらず、前記第２誘電体上に配置された第２電極と、を備え、
前記第１誘電体と前記第２誘電体が移動する前の初期位置において、
前記第１電極と第２電極との間に発生し、前記第１誘電体の移動により変化する第１の静電容量と、
前記検出電極と第２電極との間に発生し、前記第２誘電体の移動により変化する第２の静電容量と、が異なること、
を特徴とする入力装置。
前記検出電極と前記第２電極が一部分対向し、前記第２電極と前記第１電極が一部分対向しており、
前記検出電極と前記第１電極と前記第２電極が、移動量の検出方向に並んで配置されること、
を特徴とする請求項１に記載の入力装置。
前記検出電極と前記第２電極がそれぞれ２つあり、１つの前記第１電極の中心位置に対する対称位置にそれぞれ配置されること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の入力装置。
移動量の検出方向が、１つの第１電極を中心として２つ以上あり、
それぞれの検出方向軸上に前記検出電極と前記第２電極とがそれぞれ配置されること、
を特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の入力装置。
前記第１誘電体と前記第２誘電体は、前記初期位置に対して一方向及びその反対方向に移動可能であり、
前記初期位置から前記一方向及びその反対方向への前記各誘電体の移動距離が等しいとき、前記第１電極と前記第２電極の対向面積及び前記検出電極と前記第２電極の対向面積の変化量がそれぞれ等しくなるよう、前記各電極が構成されていること、
を特徴とする請求項１、２、４のうちのいずれか１項に記載の入力装置。
前記第１誘電体のみの移動と、前記第１誘電体と前記第２誘電体の同時移動とを切り替える切替機構を有する操作部を備えたこと、
を特徴とする請求項１ないし５のうちのいずれか１項に記載の入力装置。
請求項１ないし６のうちのいずれか１項に記載の入力装置を備えた情報処理装置。