JP6496618B2 - 入力装置 - Google Patents
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Description
上記の構成によれば、前記回転操作部が前記基台に向かって押圧されると、当該押圧によって前記回転操作部と前記基台との距離が変化し、前記固定電極と前記可動電極との距離が変化し、これにより前記固定電極と前記可動電極との間に形成される前記キャパシタの静電容量が変化するため、前記検出信号が変化する。また、前記回転操作部に対する前記押圧が解除されると、前記固定電極と前記可動電極との距離が前記押圧前に戻るため、前記押圧により変化した前記検出信号は前記押圧前に戻る。すなわち、押圧の有無に応じて前記検出信号が変化する。前記押圧情報処理部では、前記押圧による前記検出信号の変化に基づいて、前記回転操作部の前記押圧に係わる情報を取得する処理が行われる。従って、スイッチ機構などの追加部品を設けずとも、前記回転操作部の前記押圧に係わる情報の取得が可能となる。
上記の構成によれば、前記回転操作部の回転が停止した状態での意図的な押圧操作とそれ以外の操作とを判別することが可能となる。
上記の構成によれば、前記固定電極が設けられた前記基台の平面部と、前記可動電極が設けられた前記回転操作部の平面部とが、共に前記軸方向と垂直であるため、前記基台の平面部と前記回転操作部の前記平面部とを近づけても、前記基台に対する前記回転操作部の回転が妨げられない。すなわち、前記軸方向における上記入力装置の外形の厚みを薄型化し易くなる。
また、前記基台の平面部と前記回転操作部の平面部とを近づけることで、前記固定電極と前記可動電極との距離が短くなり、前記キャパシタの静電容量が大きくなる。すなわち、外形の薄型化を図りつつ、前記キャパシタの静電容量を大きくすることが可能となる。
更に、薄型化を妨げることなく前記平面部の面積を広げられるため、前記固定電極及び前記可動電極の面積を大きくすることができる。これにより、前記キャパシタの静電容量を更に大きくすることが可能となる。
しかも、外形の薄型化によって前記基台の平面部と前記回転操作部の平面部とが近づくと、前記固定電極と前記可動電極との距離が僅かに変化しても前記キャパシタの静電容量が大きく変化するようになる。すなわち、前記押圧に対する前記検出信号の変化が大きくなる。そのため、前記押圧の検出感度が向上する。
上記の構成によれば、前記一群の検出信号の和を算出することで、前記押圧に伴う個々の前記検出信号の変化が足し合わされるため、当該和の算出結果には、前記押圧に伴う大きな変化が表れる。従って、当該和の算出結果に基づいて、前記押圧に係わる情報を感度よく取得することが可能となる。
上記の構成によれば、前記押圧の有無が簡易に精度良く判定される。
上記の構成によれば、前記回転操作部及び前記基台の少なくとも一方が前記押圧により弾性変形することで、前記基台の平面部と前記回転操作部の平面部との距離が押圧力に応じて変化し、これにより、前記検出信号が押圧力に応じて変化する。従って、前記回転操作部に対する押圧力を簡易な構成で検出することが可能となる。
上記の構成によれば、前記複数の部分駆動電極の一部若しくは全部に共通の前記駆動電圧を供給することにより生成される前記第1検出信号乃至第K検出信号に基づいて、前記回転操作部の回転に係わる情報が取得される。また、一の部分駆動電極へ前記駆動電圧を供給することにより生成される前記第1検出信号乃至第K検出信号の和に基づいて、当該一の部分駆動電極に対応した前記基台上の一領域への前記押圧に係わる情報が取得される。
上記の構成によれば、前記駆動電極への前記駆動電圧の供給に伴って前記M個のグループのそれぞれについて生成される前記第1検出信号乃至第K検出信号に基づいて、前記回転に係わる情報が取得される。また、前記駆動電極への前記駆動電圧の供給に伴って生成される前記第1検出信号乃至第K検出信号の和が、前記M個のグループについてそれぞれ算出され、前記M個のグループについて算出されたM個の前記和に基づいて、前記M個のグループに対応した前記基台上のM個の領域への前記押圧に係わる情報がそれぞれ取得される。
まず、図1から図9を参照して、本発明の第1の実施形態に係る入力装置1について説明する。
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り、図2は入力装置1の裏面の外観を示す図である。
図1及び図2に示すように、入力装置1の外観は、例えば、薄肉長方形状を呈している。入力装置1の表面側には外観パネル3が設けられ、裏面側には基板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には、回転操作部20のダイヤル部22が露出している。
図3に示すように、外観パネル3と基板4との間には、表面側から順に、主にフレーム10、回転操作部20、可動電極30及びスペーサシート40の各構成要素が設けられている。基板4に形成された固定電極群50が、スペーサシート40を介して可動電極30と対向する。以下、各構成要素について順に説明する。
外観パネル3と基板4とフレーム10は、入力装置1の基台5を構成しており、この基台5において回転操作部20が回転自在に保持される。
図5に示すように、回転操作部20は、概ね円盤状の部材であり、手指で回転操作するためのダイヤル部22と、ダイヤル部22の周囲に拡径され、複数の円弧部が連なるように形成されたフランジ部24とを有する。ダイヤル部22には、手指の掛かりを良くするために複数の溝部23が形成されている。回転操作部20は、回転軸21(図4)を中心として回転する。
図4及び図6に示すように、回転操作部20の裏面には、回転軸21に対して垂直な平面部25が形成されており、この平面部25に可動電極30が取り付けられる。可動電極30は、基板4に形成された固定電極群50との間にキャパシタを形成する。このキャパシタの静電容量は、回転操作部20の回転に伴って変化する。可動電極30は、概ねリング状に形成された導体の板であって、内縁部31が円形に形成され、外縁部32が正弦波状の凹凸を持つ波形に形成されている。
なお、図示の例では、回転操作部20が押圧によって弾性変形するが、本発明の他の例では基板の方が弾性変形してもよいし、回転操作部と基板の両方が弾性変形してもよい。
図7に示すように、基板4の平面部には、回転操作部20の回転軸21を中心として円状に等間隔に並んだ16組の固定電極群50が形成される。1組の固定電極群50は、1周の略1/16の角度範囲を占める。
以下の説明では、1組の固定電極群50に含まれる4個の固定電極(A,B,C,D)において、回転軸21を中心とした図7の右回りの円周方向における順番が第i番目(iは1から4までの整数を示す。)の固定電極を「第i固定電極」と記す場合がある。すなわち、図7における「A」が「第1固定電極」であり、「B」が「第2固定電極」であり、「C」が「第3固定電極」であり、「D」が「第4固定電極」である。
図8において示すように、可動電極30の外縁部32に形成される周期的な正弦波状の波形の部分は、固定電極群50の各固定電極(A〜D)と平面視において重なりを有している。固定電極(A〜D)と可動電極30との間に形成されるキャパシタの静電容量は、この平面視における重なりの面積に略比例する。回転操作に応じて可動電極30が回転すると、外縁部32の波形の位置が固定電極(A〜D)に対して相対的に変化するため、固定電極(A〜D)と可動電極30との重なりの面積が変化し、これにより、固定電極(A〜D)と可動電極30との間に形成されるキャパシタの静電容量が変化する。
従って、1つの固定電極(A〜D)に着目すると、この固定電極と可動電極30との間に形成されるキャパシタの静電容量は、回転操作部20の回転に伴って正弦波状に変化する。この静電容量は、回転操作部20を1回転する間に16サイクルの周期的な変化を生じる。
また、1組の固定電極群50に含まれる4つの固定電極(A〜D)に着目すると、各固定電極(A〜D)と可動電極30との間に形成されるキャパシタの静電容量は、回転操作部20の回転に伴って、それぞれ異なる位相で正弦波状に変化する。例えば、図8の矢印の方向へ可動電極30が回転する場合、第1固定電極Aと可動電極30との間に形成されるキャパシタの静電容量の位相が最も進んでおり、この位相は第1固定電極A,第2固定電極B,第3固定電極C,第4固定電極Dの順番で90°ずつ遅れる。
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100を有する。
これにより、回転操作部20の回転が停止した状態での意図的な押圧操作であるか否かを的確に判別できる。
図10は、第1の実施形態に係る入力装置1における回転操作の検出原理の説明するための図である。図10Aは、各検出信号(SA,SB,SC,SD)が回転操作に伴って変化する様子を表わしたグラフである。図10Bは、逆相の変化を示す2つの検出信号の差(SA−SC、及び、SB−SD)が回転操作に伴って変化する様子を表わしたグラフである。
SB = K・sin(16θ)+Ofs …(2)
SC = −K・cos(16θ)+Ofs …(3)
SD = −K・sin(16θ)+Ofs …(4)
SB−SD = 2K・sin(16θ) …(6)
θ = (1/16)・Atan2{(SA−SC),(SB−SD)} …(7)
また、回転情報処理部71は、起点となる位置からの回転操作によって検出信号の差「SA−SC」(若しくは「SB−SD」)に生じる周期的変化のサイクル数と、式(7)により計算した「θ」とに基づいて、当該起点となる位置からの回転操作部20の回転角度を計算する。
次に、回転操作部20に対する押圧操作の検出について説明する。
図11及び図12は、第1の実施形態に係る入力装置における押圧操作の検出原理を説明するための図である。図11は、固定電極群と可動電極との距離が比較的遠い場合を示し、図12はこの距離が比較的近い場合を示す。
他方、図12Aに示すように可動電極30と固定電極群50との距離が比較的近い場合には、この電極間に形成されるキャパシタの静電容量が比較的大きくなる。従って、図12Bに示すように4つの検出信号(SA,SB,SC,SD)の振幅は大きくなり、図12Cに示すように検出信号の差(SA−SC、SB−SD)の振幅も大きくなる。
従って、検出信号生成部60が生成する4つの検出信号(SA,SB,SC,SD)の振幅に基づいて、回転操作部20に押圧操作がなされたか否かを判定することが可能である。
また、基板4の平面部と回転操作部20の平面部25とを近づけることで、固定電極群50と可動電極30との距離が短くなり、これらの間に形成されるキャパシタの静電容量が大きくなる。すなわち、入力装置1の外形の薄型化を図りつつ、キャパシタの静電容量を大きくすることが可能となり、検出信号生成部60で生成される検出信号(SA〜SD)の感度を高くすることができる。
更に、入力装置1の薄型化を妨げることなく基板4及び回転操作部20の平面部の面積を広げられるため、固定電極群50及び可動電極30の面積を大きくすることができる。これにより、キャパシタの静電容量を更に大きくすることが可能となり、検出信号(SA〜SD)の感度を高めることができる。
しかも、入力装置1の外形の薄型化によって基板4の平面部と回転操作部20の平面部25とが近づくと、固定電極群50と可動電極30との距離が僅かに変化してもキャパシタの静電容量が大きく変化するようになる。すなわち、押圧に対する検出信号(SA〜SD)の変化が大きくなる。そのため、押圧操作の検出感度を高めることができる。
次に、図13及び図14を参照して、本発明の第2の実施形態に係る入力装置2について説明する。上述した入力装置1では、駆動電極90を複数の部分駆動電極(E〜H)に分割することで複数の部位への押圧操作が検出されるが、本実施形態に係る入力装置2では、複数の固定電極群50を複数のグループに分割することで複数の部位への押圧操作が検出される。
本実施形態に係る入力装置2は、上述した入力装置1における駆動電極90(図7)を駆動電極290(図13)に置き換え、駆動部100(図9)を駆動部100A(図14)に置き換え、検出信号生成部60(図9)を検出信号生成部60A(図14)に置き換え、回転情報処理部71(図9)を回転情報処理部71A(図14)に置き換えたものであり、他の構成は入力装置1と同様である。以下では、入力装置1と異なる構成を中心に説明する。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
Claims (5)
- 基台と、
前記基台に回転自在に保持された回転操作部と、
前記基台に設けられた固定電極と、
前記回転操作部に設けられ、前記回転操作部の回転に伴って前記固定電極との間に形成されるキャパシタの静電容量が変化する可動電極と、
前記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回転操作部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とを有し、
前記回転操作部が前記基台に向かって押圧されると前記回転操作部と前記基台との距離が変化し、前記押圧を解除すると前記距離が前記押圧前に戻り、
前記押圧によって前記回転操作部と前記基台との距離が変化すると前記固定電極と前記可動電極との距離が変化し、
前記押圧による前記検出信号の変化に基づいて、前記回転操作部の前記押圧に係わる情報を取得する処理を行う押圧情報処理部を有し、
前記押圧情報処理部は、前記押圧の開始を判定したときから前記押圧の終了を判定したときまでの押圧期間に前記回転情報処理部が取得した前記回転の情報に基づいて、前記押圧期間における前記回転操作部の回転角度の変化量を算出し、当該算出した回転角度の変化量が所定の角度より小さい場合、前記回転操作部の回転が停止した状態で押圧操作がなされたと判定する
ことを特徴とする入力装置。 - 前記回転操作部と前記基台は、前記回転操作部の回転の軸方向と垂直な平面部をそれぞれ有し、
前記回転操作部が前記軸方向と平行な方向へ前記基台に向かって押圧されると、前記回転操作部の前記平面部と前記基台の前記平面部との距離が変化し、前記押圧を解除すると前記平面部間の距離が前記押圧前に戻り、
前記固定電極は前記基台の前記平面部に設けられ、
前記可動電極は前記回転操作部の前記平面部に設けられ、
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がそれぞれ異なる複数の前記固定電極からなる少なくとも一組の固定電極群を有し、
前記検出信号生成部は、前記固定電極群と前記可動電極との間に形成される一群のキャパシタの静電容量に応じた一群の前記検出信号を生成し、
前記回転情報処理部は、前記一群の検出信号に基づいて前記回転に係わる情報を取得し、
前記押圧情報処理部は、前記一群の前記検出信号の和を算出し、当該和に基づいて前記押圧に係わる情報を取得し、
前記押圧情報処理部は、前記一群の検出信号の和と所定のしきい値とを比較した結果に基づいて、前記押圧の有無を判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の入力装置。 - 前記回転操作部が前記基台に向かって押圧されると、前記回転操作部及び前記基台の少なくとも一方が弾性変形する
ことを特徴とする請求項2に記載の入力装置。 - 基台と、
前記基台に回転自在に保持された回転操作部と、
前記基台に設けられた固定電極と、
前記回転操作部に設けられ、前記回転操作部の回転に伴って前記固定電極との間に形成されるキャパシタの静電容量が変化する可動電極と、
前記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回転操作部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とを有し、
前記回転操作部が前記基台に向かって押圧されると前記回転操作部と前記基台との距離が変化し、前記押圧を解除すると前記距離が前記押圧前に戻り、
前記押圧によって前記回転操作部と前記基台との距離が変化すると前記固定電極と前記可動電極との距離が変化し、
前記押圧による前記検出信号の変化に基づいて、前記回転操作部の前記押圧に係わる情報を取得する処理を行う押圧情報処理部を有し、
前記回転操作部と前記基台は、前記回転操作部の回転の軸方向と垂直な平面部をそれぞれ有し、
前記回転操作部が前記軸方向と平行な方向へ前記基台に向かって押圧されると、前記回転操作部の前記平面部と前記基台の前記平面部との距離が変化し、前記押圧を解除すると前記平面部間の距離が前記押圧前に戻り、
前記固定電極は前記基台の前記平面部に設けられ、
前記可動電極は前記回転操作部の前記平面部に設けられ、
前記回転操作部の回転軸を中心として円状に等間隔に並んだN組の前記固定電極群と、
前記基台において前記N組の固定電極群と隣接して設けられ、前記回転軸を中心とする円環形状に形成された駆動電極と、
前記駆動電極に駆動電圧を供給する駆動部とを有し、
前記固定電極群は、前記回転軸を中心として円弧状に等間隔に並んだK個の前記固定電極を含んでおり、
前記固定電極群に含まれる前記K個の固定電極において、前記回転軸を中心とした所定の円周方向における順番が第i番目(iは1からKまでの整数を示す。)の固定電極を第i固定電極とした場合に、前記N組の固定電極群に含まれるN個の前記第i固定電極と前記可動電極との間には、共通の静電容量を持つキャパシタがそれぞれ形成され、
前記駆動電極は、複数の部分駆動電極に分かれており、
前記可動電極と前記部分駆動電極との間に形成されるキャパシタの静電容量は、前記回転操作部の回転に依らず一定であり、
前記検出信号生成部は、前記第1固定電極乃至第K固定電極に対応した第1検出信号乃至第K検出信号を生成し、
前記第i検出信号は、前記部分駆動電極への前記駆動電圧の供給により、前記N個の第i固定電極と前記可動電極との間に形成されるN個のキャパシタに蓄積された電荷の和に応じた信号であり、
前記回転情報処理部は、前記複数の部分駆動電極の一部若しくは全部に共通の前記駆動電圧を供給するように前記駆動部を制御し、前記駆動電圧の供給に伴って生成される前記第1検出信号乃至第K検出信号に基づいて前記回転に係わる情報を取得し、
前記押圧情報処理部は、前記複数の部分駆動電極から順番に一の部分駆動電極を選択し、選択した一の部分駆動電極へ前記駆動電圧を供給するように前記駆動部を制御し、当該駆動電圧の供給に伴って生成される前記第1検出信号乃至第K検出信号の和を算出し、当該和に基づいて、当該一の部分駆動電極に対応した前記基台上の一領域への前記押圧に係わる情報を取得する
ことを特徴とする入力装置。 - 基台と、
前記基台に回転自在に保持された回転操作部と、
前記基台に設けられた固定電極と、
前記回転操作部に設けられ、前記回転操作部の回転に伴って前記固定電極との間に形成されるキャパシタの静電容量が変化する可動電極と、
前記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回転操作部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とを有し、
前記回転操作部が前記基台に向かって押圧されると前記回転操作部と前記基台との距離が変化し、前記押圧を解除すると前記距離が前記押圧前に戻り、
前記押圧によって前記回転操作部と前記基台との距離が変化すると前記固定電極と前記可動電極との距離が変化し、
前記押圧による前記検出信号の変化に基づいて、前記回転操作部の前記押圧に係わる情報を取得する処理を行う押圧情報処理部を有し、
前記回転操作部と前記基台は、前記回転操作部の回転の軸方向と垂直な平面部をそれぞれ有し、
前記回転操作部が前記軸方向と平行な方向へ前記基台に向かって押圧されると、前記回転操作部の前記平面部と前記基台の前記平面部との距離が変化し、前記押圧を解除すると前記平面部間の距離が前記押圧前に戻り、
前記固定電極は前記基台の前記平面部に設けられ、
前記可動電極は前記回転操作部の前記平面部に設けられ、
前記回転操作部の回転軸を中心として円状に等間隔に並んだN組の前記固定電極群と、
前記基台において前記N組の固定電極群と隣接して設けられ、前記回転軸を中心とする円環形状に形成され、前記回転操作部の回転に依らない一定の静電容量を持つキャパシタが前記可動電極との間に形成される駆動電極と、
前記駆動電極に駆動電圧を供給する駆動部とを有し、
前記固定電極群は、前記回転軸を中心として円弧状に等間隔に並んだK個の前記固定電極を含んでおり、
前記固定電極群に含まれる前記K個の固定電極において、前記回転軸を中心とした所定の円周方向における順番が第i番目(iは1からKまでの整数を示す。)の固定電極を第i固定電極とした場合に、前記N組の固定電極群に含まれるN個の前記第i固定電極と前記可動電極との間には、共通の静電容量を持つキャパシタがそれぞれ形成され、
前記N組の固定電極群は、それぞれ連続して並んだ複数の前記固定電極群からなるM個のグループに分かれており、
前記検出信号生成部は、前記第1固定電極乃至第K固定電極に対応した第1検出信号乃至第K検出信号を、前記M個のグループのそれぞれについて生成し、
一の前記グループについて生成される前記第i検出信号は、前記駆動電極への前記駆動電圧の供給により、当該一のグループに所属する複数の前記第i固定電極と前記可動電極との間に形成される複数のキャパシタに蓄積された電荷の和に応じた信号であり、
前記回転情報処理部は、前記駆動電極へ前記駆動電圧を供給するように前記駆動部を制御し、当該記駆動電圧の供給に伴って前記M個のグループのそれぞれについて生成される前記第1検出信号乃至第K検出信号に基づいて、前記回転に係わる情報を取得し、
前記押圧情報処理部は、前記駆動電極へ前記駆動電圧を供給するように前記駆動部を制御し、当該駆動電圧の供給に伴って生成される前記第1検出信号乃至第K検出信号の和を、前記M個のグループについてそれぞれ算出し、前記M個のグループについて算出したM個の前記和に基づいて、前記M個のグループに対応した前記基台上のM個の領域への前記押圧に係わる情報をそれぞれ取得する
ことを特徴とする入力装置。
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