JP6417251B2 - 回転式入力装置 - Google Patents
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Description
前記タッチセンサは、前記基台部の表面に設けられた操作領域の複数の位置において物体の近接状態に応じて静電容量が変化するキャパシタにパルス電圧を伝達するための複数の駆動電極と、前記複数の駆動電極から順番に一部の駆動電極を選択し、当該選択した駆動電極に前記パルス電圧を供給するタッチセンサ駆動部とを備える。
前記パルス電圧供給部は、前記タッチセンサ駆動部による前記駆動電極の選択と同期したタイミングで前記パルス電圧の供給を行う。前記記憶部は、前記複数の駆動電極の各々に対応する前記基準値を記憶する。前記信号処理部は、前記駆動電極の選択のタイミングと同期したタイミングで行われた前記パルス電圧の供給により生成された前記検出信号を入力した場合、当該選択された駆動電極に対応する基準値を前記記憶部から取得し、当該取得した基準値を用いて前記変化のパターンを判別する。
従って、前記タッチセンサにおける前記駆動電極へのパルス電圧の供給によって前記基準値が変動する場合でも、その変動に応じた適切な基準値を用いて前記変化のパターンの判別が行われるため、前記操作部の回転方向を正確に判定することが可能となる。
前記記憶部は、前記駆動電極と前記センス電極との組み合わせごとに前記基準値を記憶してよい。
前記信号処理部は、前記駆動電極及び前記センス電極が選択されたタイミングと同期したタイミングで行われた前記パルス電圧の供給により生成された前記検出信号を入力した場合、当該選択された駆動電極及びセンス電極の組み合わせに対応する基準値を前記記憶部から取得し、当該取得した基準値を用いて前記変化のパターンを判別してよい。
前記記憶部は、前記駆動電極と前記センス電極との組み合わせごとに、1つ又は複数の前記動作モードに対応した1つ又は複数の前記基準値を記憶してよい。
前記信号処理部は、前記駆動電極及び前記センス電極が選択されたタイミングと同期したタイミングで実行された一の前記動作モードにより生成された前記検出信号を入力した場合、当該選択された駆動電極及びセンス電極の組み合わせに対応し、かつ、当該実行された動作モードに対応する基準値を前記記憶部から取得し、当該取得した基準値を用いて前記変化のパターンを判別してよい。また、前記信号処理部は、前記M個の動作モードの検出信号について判別したM個の前記変化のパターンに基づいて、前記操作部の回転方向を判定してよい。
複数の可変容量素子は、前記回転軸に対して前記第1仮想円を平行に移動した第2仮想円の周上に配置されてよい。
前記第1仮想円の周上において隣接する2つの前記可動電極の位置に挟まれた円弧に対応する中心角をN等分(Nは3以上の整数を示す。)した角度である単位回転角ごとに設定された停止位置において、前記操作部の回転を抑制する節度機構を具備してよい。
前記信号処理部は、一連の前記回転方向の判定結果に基づいて、前記操作部を所定の停止位置から所定の方向へ前記単位回転角ずつNステップ回転させる場合におけるN個の停止位置の中で、現在の停止位置が何れであるかを判定し、現在の停止位置が前記基準値の更新を行ったときの停止位置と等しい場合、現在の停止位置において算出された前記平均値に基づいて前記基準値の更新を行ってよい。
操作部10の裏面には、操作部10の回転軸AXからの距離が等しい第1仮想円IM1の周上において等間隔に配置された8つの可動電極(EM1〜EM8)が設けられている。可動電極EM1〜EM8(以下、任意の1つの可動電極を「EM」と記す。)は、第1仮想円IM1の中心Pからみて、単位回転角θの扇型領域の範囲内に含まれる。具体的には、可動電極EMは、第1仮想円IM1と中心Pが等しく径が異なる2つの円CY1,CY2の周上における2つの円弧Ar1,Ar2と、中心Pから単位回転角θをなして径方向に伸びる2本の直線L1,L2上における2本の線分Se1,Se2とによって囲まれた平面形状を有する。後述する固定電極EF1〜EF4は、この可動電極EM1〜EM8と同様な形状を有する。また単位回転角θは、次に述べる節度機構15による1つの停止位置から次の停止位置までの回転角である。
基台部5の裏面には、タッチセンサ用の電極として駆動電極ED1〜ED23及びセンス電極ES1〜ES32が形成されるとともに、回転検出用の電極として固定電極EF1〜EF4が形成される。これらの電極は、例えば、センス電極ES1〜ES32と固定電極EF1〜EF4が第1層に成膜され、駆動電極ED1〜ED23が第1層の上の第2層に成膜された2層構造の成膜層52として形成される。駆動電極ED1〜ED23とセンス電極ES1〜ES32はITOなどの透明導電膜であり、図示しない液晶パネルの光を透過する。
回転式入力装置は、回転検出に関わる構成として、パルス電圧供給部100と、検出信号生成部110と、信号処理部120と、記憶部130を有する。
第1動作モードにおいて、パルス電圧供給部100は、操作部10が停止位置SP1にあるとき第1可変容量素子VC1に蓄積される第1電荷Q1と、操作部10が停止位置SP2にあるとき第2可変容量素子VC2に蓄積される第2電荷Q2とが逆の極性を持つように、第1可変容量素子VC1及び第2可変容量素子VC2へのパルス電圧の供給を行う。図5の例において、パルス電圧供給部100は、第1可変容量素子VC1の固定電極EF1に正電圧「+V」のパルス電圧を供給し、第2可変容量素子VC2の固定電極EF3に負電圧「−V」のパルス電圧を供給し、第1可変容量素子VC1及び第2可変容量素子VC2の共通の固定電極EF2にグランド電位を与える。
なお、パルス電圧供給部100は、第1電荷Q1と第2電荷Q2とが同一極性で異なる大きさを持つよう第1可変容量素子VC1及び第2可変容量素子VC2へのパルス電圧の供給を行ってもよい。この場合も、後述する検出信号生成部110において、各停止位置の検出信号Dsが異なるレベルを持つようにすることができる。
第2動作モードにおいて、パルス電圧供給部100は、操作部10が停止位置SP2にあるとき第2可変容量素子VC2に第1電荷Q1が蓄積され、操作部10が停止位置SP3にあるとき第3可変容量素子VC3に第2電荷Q2が蓄積されるように、第2可変容量素子VC2及び第3可変容量素子VC3へのパルス電圧の供給を行う。図5の例において、パルス電圧供給部100は、第2可変容量素子VC2の固定電極EF2に正電圧「+V」のパルス電圧を供給し、第3可変容量素子VC3の固定電極EF4に負電圧「−V」のパルス電圧を供給し、第2可変容量素子VC2及び第3可変容量素子VC3の共通の固定電極EF3にグランド電位を与える。
第3動作モードにおいて、パルス電圧供給部100は、操作部10が停止位置SP1にあるとき第1可変容量素子VC1に第1電荷Q1が蓄積され、操作部10が停止位置SP3にあるとき第3可変容量素子VC3に第2電荷Q2が蓄積されるように、第1可変容量素子VC1及び第3可変容量素子VC3へのパルス電圧の供給を行う。図5の例において、パルス電圧供給部100は、第1可変容量素子VC1の固定電極EF1に正電圧「+V」のパルス電圧を供給し、第3可変容量素子VC3の固定電極EF4に負電圧「−V」のパルス電圧を供給し、第1可変容量素子VC1の固定電極EF2及び第3可変容量素子VC3の固定電極EF3にそれぞれグランド電位を与える。
検出信号生成部110は、パルス電圧供給部100の動作モードに応じて、それぞれ次のように動作する。
第1動作モードにおいて、検出信号生成部110は、パルス電圧の供給により第1可変容量素子VC1及び第2可変容量素子VC2に蓄積される電荷の和に応じた検出信号Ds(第1検出信号Ds1)を生成する。すなわち、検出信号生成部110は、第1可変容量素子VC1及び第2可変容量素子VC2において共有される固定電極EF2から、これらに蓄積される電荷の和に相当する電荷を入力し、入力した電荷に応じた第1検出信号Ds1を生成する。
第2動作モードにおいて、検出信号生成部110は、パルス電圧の供給により第2可変容量素子VC2及び第3可変容量素子VC3に蓄積される電荷の和に応じた検出信号Ds(第2検出信号Ds2)を生成する。すなわち、検出信号生成部110は、第2可変容量素子VC2及び第3可変容量素子VC3において共有される固定電極EF3から、これらに蓄積される電荷の和に相当する電荷を入力し、入力した電荷に応じた第2検出信号Ds2を生成する。
第3動作モードにおいて、検出信号生成部110は、パルス電圧の供給により第1可変容量素子VC1及び第3可変容量素子VC3に蓄積される電荷の和に応じた検出信号Ds(第3検出信号Ds3)を生成する。すなわち、検出信号生成部110は、第1可変容量素子VC1の固定電極EF2及び第3可変容量素子VC3の固定電極EF3から、これらに蓄積される電荷の和に相当する電荷を入力し、入力した電荷に応じた第3検出信号Ds3を生成する。
これにより、検出信号の変化が一定時間継続して発生しない場合の安定した検出信号の平均値に基づいて基準値Rが更新されるため、温度変化等に起因するドリフトによって基準値Rが大きく変動する場合でも、この変動に追従して適切な基準値Rを得ることが可能となる。
図7に示すタッチセンサ2は、駆動電極ED1〜ED23及びセンス電極ES1〜ES32からなるセンサ部200と、タッチセンサ駆動部210と、タッチセンサ検出部220と、制御部230と、記憶部250を有する。
図8は、本実施形態に係る回転式入力装置における可変容量素子VC(固定電極のペア)の駆動方法について説明するための図である。
第1動作モード(パターンA)において、パルス電圧供給部100は、固定電極FE1に正電圧「+V」のパルス電圧を供給し、固定電極FE2にグランド電位を与え、固定電極FE3,FE4に負電圧「−V」のパルス電圧を供給する。第1動作モードにおいて、検出信号生成部110は、固定電極FE2から伝送される第1可変容量素子VC1及び第2可変容量素子VC2の電荷の和に応じた第1検出信号Ds1を生成する。
第2動作モード(パターンB)において、パルス電圧供給部100は、固定電極FE1,FE2に正電圧「+V」のパルス電圧を供給し、固定電極FE3にグランド電位を与え、固定電極FE3,FE4に負電圧「−V」のパルス電圧を供給する。検出信号生成部110は、固定電極FE3から伝送される第2可変容量素子VC2及び第3可変容量素子VC3の電荷の和に応じた第2検出信号Ds2を生成する。
第3動作モード(パターンC)において、パルス電圧供給部100は、固定電極FE1に正電圧「+V」のパルス電圧を供給し、固定電極FE2,FE3にグランド電位を与え、固定電極FE4に負電圧「−V」のパルス電圧を供給する。検出信号生成部110は、固定電極FE2,FE3から伝送される第1可変容量素子VC1及び第3可変容量素子VC3の電荷の和に応じた第2検出信号Ds2を生成する。
ST=[A−B]+[B+C]×3+[A+C]×9 …(1)
図12に示す状態遷移のパターンにおいて、各停止位置の状態STの数値は全て異なる。また、一つの停止位置から別の停止位置へ回転する途中で生じ得る状態STの数値は、各停止位置における状態STの数値と重複しない。従って、基準となる停止位置が不明な場合であっても、最初の停止位置の変化が生じたときに、図10に示す加減算後の3つの検出信号(「A−B」,「B+C」,「A+C」)から式(1)の状態STを求めることにより、信号処理部120は状態遷移のパターンと現在の停止位置を直ちに判定することができる。従って、信号処理部120は、前回の停止位置と今回の停止位置を比較することにより、回転方向を正確に判定することができる。
信号処理部120は、検出信号生成部110から3パターンの検出信号(Ds1〜Ds3)を入力すると、各検出信号に対応する基準値(R1〜R3)を記憶部130から取得して、検出信号(Ds1〜Ds3)と基準値(R1〜R3)との差を算出する。信号処理部120は、この算出結果を正規の検出信号(Ds1〜Ds3)とみなして、後に続く加減算の処理(図10)と状態STの算出(式(1))を行い、回転方向の判定を行う。従って、基準値が温度等のドリフトの影響によって変動すると、回転方向の判定を正しく行えなくなる。そこで信号処理部120は、検出信号生成部110から入力される検出信号(Ds1〜Ds3)の平均値に基づいて、基準値を更新する処理を行う。
記憶部130には、図14において示すように、タッチセンサ2で選択される駆動電極及びセンス電極の組み合わせごとに、動作モードに対応した基準値が記憶される。タッチセンサ2では、23本の駆動電極EDと2組のセンス電極群(ES_A,ES_B)との組み合わせが46通り存在しており、46回の選択・駆動動作によって操作領域1の全面のスキャンが完了する。図14における「TP_1」〜「TP_46」は、駆動電極EDとセンス電極群の46通りの組み合わせを示す。他方、信号処理部120における1回の停止位置の状態判定には、3つの動作モードの検出信号(Ds1〜Ds3)を生成する必要があり、そのため3つの動作モード(第1動作モード〜第3動作モード)が順番に繰り返し実行される。従って、46通りの組み合わせの全てに3つの動作モードを割り当てると、図14において示すように、46×3通りの基準値を記憶部130に保持することになる。信号処理部120は、駆動電極及びセンス電極が選択されたタイミングと同期したタイミングで実行された一の動作モード(第1動作モード〜第3動作モード)により生成された検出信号(Ds1〜Ds3)を入力した場合、当該選択された駆動電極及びセンス電極の組み合わせに対応し、かつ、当該実行された動作モードに対応する基準値を記憶部130から取得し、当該取得した基準値を用いて検出信号(Ds1〜Ds3)の変化のパターンを判別する。
上述した図14の例では、タッチセンサ2における46回の選択・駆動動作の全てに3つの動作モードを割り当てており、46が3で割り切れない数値であるため、46回の選択・駆動動作の度に、第1番目の選択・駆動動作「TP_1」に対応するパルス電圧供給部100の動作モードが1ずつずれてしまう。そこで、パルス電圧供給部100は、タッチセンサ2の駆動電極及びセンス電極が選択されたタイミングと同期したタイミングで実行される動作モードが、当該選択された駆動電極及びセンス電極の組み合わせごとに決められた特定の動作モードとなるように、タッチセンサ駆動部210による駆動電極EDの選択と同期したタイミングでの動作モードの実行を周期的に休止するようにしてもよい。図15の例では、46回の選択・駆動動作のうち第46番目の選択・駆動動作「TP_46」において、パルス電圧供給部100がパルス電圧の供給動作を休止する。これにより、タッチセンサ2における46回の選択・駆動動作が反復されても、46回の選択・駆動動作にはそれぞれ毎回決まったパルス電圧供給部100の動作モードが実行される。従って、図15において示すように、信号処理部120が記憶部130に保持すべき基準値の数を45個に減らすことができる。
従って、タッチセンサ2における駆動電極EDへのパルス電圧の供給によって基準値が大きく変動する場合でも、その変動に応じた適切な基準値を用いて検出信号の変化のパターンの判別が行われるため、操作部10の回転方向を正確に判定することできる。
例えば、上述した実施形態では、タッチセンサ2として相互容量方式のタッチセンサを例として挙げているが、本発明の他の実施形態では、センス電極を持たない自己容量方式のタッチセンサを用いてもよい。
2 タッチセンサ
5 基台部
7 支持部材
71 フランジ部
10 操作部
11 縁部
15 節度機構
18 ベアリング
100 パルス電圧供給部
110 検出信号生成部
120 信号処理部
130 記憶部
200 センサ部
210 タッチセンサ駆動部
220 タッチセンサ検出部
230 制御部
250 記憶部
EF1〜EF4 固定電極
EM1〜EM8 可動電極
VC1〜VC3 可変容量素子
Claims (7)
- 基台部と、
前記基台部に回転自在に支持された操作部と、
前記操作部に設けられた複数の可動電極と、
前記基台部に設けられ、前記可動電極との位置関係に応じて静電容量が変化する複数の可変容量素子と、
前記複数の可変容量素子にそれぞれパルス電圧を供給するパルス電圧供給部と、
前記パルス電圧の供給により前記複数の可変容量素子に蓄積される電荷に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、
前記検出信号の基準値と前記検出信号との差に基づいて前記検出信号の変化のパターンを判別し、当該判別した変化のパターンに基づいて前記操作部の回転方向を判定する信号処理部と、
前記基準値を記憶する記憶部と、
タッチセンサとを具備し、
前記タッチセンサは、
前記基台部の表面に設けられた操作領域の複数の位置において物体の近接状態に応じて静電容量が変化するキャパシタにパルス電圧を伝達するための複数の駆動電極と、
前記複数の駆動電極から順番に一部の駆動電極を選択し、当該選択した駆動電極に前記パルス電圧を供給するタッチセンサ駆動部と
を備えており、
前記パルス電圧供給部は、前記タッチセンサ駆動部による前記駆動電極の選択と同期したタイミングで前記パルス電圧の供給を行い、
前記記憶部は、前記複数の駆動電極の各々に対応する前記基準値を記憶しており、
前記信号処理部は、前記駆動電極の選択のタイミングと同期したタイミングで行われた前記パルス電圧の供給により生成された前記検出信号を入力した場合、当該選択された駆動電極に対応する基準値を前記記憶部から取得し、当該取得した基準値を用いて前記変化のパターンを判別する
ことを特徴とする回転式入力装置。 - 前記タッチセンサは、
前記パルス電圧の供給によって前記複数の位置の前記キャパシタに蓄積される電荷を伝送するための複数のセンス電極と、
前記パルス電圧の供給を行う前記駆動電極の選択と並行して前記複数のセンス電極から一部のセンス電極を順番に選択し、当該選択したセンス電極において伝送される前記キャパシタの電荷に応じたタッチ検出信号を生成するタッチセンサ検出部と
を備えており、
前記記憶部は、前記駆動電極と前記センス電極との組み合わせごとに前記基準値を記憶しており、
前記信号処理部は、前記駆動電極及び前記センス電極が選択されたタイミングと同期したタイミングで行われた前記パルス電圧の供給により生成された前記検出信号を入力した場合、当該選択された駆動電極及びセンス電極の組み合わせに対応する基準値を前記記憶部から取得し、当該取得した基準値を用いて前記変化のパターンを判別する
ことを特徴とする請求項1に記載の回転式入力装置。 - 前記パルス電圧供給部は、前記複数の可変容量素子に供給する前記パルス電圧のパターンが異なるM個の動作モードを順番に繰り返し実行し、
前記記憶部は、前記駆動電極と前記センス電極との組み合わせごとに、1つ又は複数の前記動作モードに対応した1つ又は複数の前記基準値を記憶しており、
前記信号処理部は、
前記駆動電極及び前記センス電極が選択されたタイミングと同期したタイミングで実行された一の前記動作モードにより生成された前記検出信号を入力した場合、当該選択された駆動電極及びセンス電極の組み合わせに対応し、かつ、当該実行された動作モードに対応する基準値を前記記憶部から取得し、当該取得した基準値を用いて前記変化のパターンを判別し、
前記M個の動作モードの検出信号について判別したM個の前記変化のパターンに基づいて前記操作部の回転方向を判定する
ことを特徴とする請求項2に記載の回転式入力装置。 - 前記パルス電圧供給部は、前記駆動電極及び前記センス電極が選択されたタイミングと同期したタイミングで実行される前記動作モードが、当該選択された駆動電極及びセンス電極の組み合わせごとに決められた特定の動作モードとなるように、前記タッチセンサ駆動部による前記駆動電極の選択と同期したタイミングでの前記動作モードの実行を周期的に休止する
ことを特徴とする請求項3に記載の回転式入力装置。 - 前記信号処理部は、
前記変化のパターンの判別結果から前記検出信号に変化が生じたと判定した場合、前記記憶部から一の前記基準値を取得する度に、当該一の基準値を用いて前記変化のパターンの判別を行うべき前記検出信号についての前記変化発生後における平均値を算出し、当該算出した平均値を当該一の基準値と関連付けて前記記憶部に格納し、
前記検出信号の変化が一定時間継続して発生しない場合は、前記基準値に関連付けて前記記憶部に記憶される前記平均値に基づいて当該基準値を更新する
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の回転式入力装置。 - 前記複数の可動電極は、前記操作部の回転軸からの距離が等しい第1仮想円の周上において等間隔に配置されており、
複数の可変容量素子は、前記回転軸に対して前記第1仮想円を平行に移動した第2仮想円の周上に配置され
前記第1仮想円の周上において隣接する2つの前記可動電極の位置に挟まれた円弧に対応する中心角をN等分(Nは3以上の整数を示す。)した角度である単位回転角ごとに設定された停止位置において、前記操作部の回転を抑制する節度機構を具備し、
前記信号処理部は、
一連の前記回転方向の判定結果に基づいて、前記操作部を所定の停止位置から所定の方向へ前記単位回転角ずつNステップ回転させる場合におけるN個の停止位置の中で、現在の停止位置が何れであるかを判定し、
現在の停止位置が前記基準値の更新を行ったときの停止位置と等しい場合、現在の停止位置において算出された前記平均値に基づいて前記基準値の更新を行う
ことを特徴とする請求項5に記載の回転式入力装置。 - 前記信号処理部は、現在の停止位置が前記基準値の更新を行ったときの停止位置と等しい場合であっても、現在の停止位置において生成された前記検出信号と前記基準値との差が所定のしきい値より大きいならば、当該検出信号を前記平均値の算出対象から除外する
ことを特徴とする請求項6に記載の回転式入力装置。
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