(57)【要約】  周囲環境によらず、正確な回転方向、回転角度を検出する。第１の円の円周に沿った等間隔電極５６を有する等間隔電極保持板５２と、第１の円と対向する第２の円の円周に沿って配置されたα個のａ相電極とβ個のｂ相電極とを有する固定された相電極保持板６４とを備え、αが２以上の場合は、任意の２つのａ相電極は、互いに第２の円の円周上で回転方向に２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にある。βが２以上の場合は、任意の２つのｂ相電極は、互いに第２の円の円周上で回転方向に２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にある。ａ相電極に対しｂ相電極は、互いに第２の円の円周上で回転方向にπ／Ｎの整数倍の角度ずれた位置とならないように相電極は配置されている。
2008132930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体に対し回転可能に支持された円盤状の回転体と、
第１の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の第1等間隔電極と、前記第１の円と平行な第２の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の第２等間隔電極とを有し、前記回転体に取り付けられた等間隔電極保持板と、ただし、Ｎは１以上の整数であり、前記第１及び第２等間隔電極は互いに電気的に接続されており、
前記第１の円と平行に対向する第３の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたα個のａ相電極と、前記第２の円と平行に対向する第４の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたβ個のｂ相電極と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２導出線とを有し、前記筐体に固定された相電極保持板と、
を含み、ただし、αは１以上の整数、βは１以上の整数であり、
前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板とは、前記第１乃至第４の円の中心がすべて前記回転体の回転中心線上にあり、かつ、当該回転中心線が、前記第１乃至第４の円が作るすべての平面とそれぞれ直交するように配置され、
αが２以上の場合には、任意の２つの前記a相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
βが２以上の場合には、任意の２つの前記ｂ相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
前記第１等間隔電極と前記ａ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置から、前記第２等間隔電極と前記ｂ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置までの角度は、π／Ｎの整数倍から、０より大でπ／Ｎより小の予め決めた角度ωだけずれた角度となるように前記等間隔電極の配列に対し前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配列されている回転入力装置。
【請求項２】
筐体と、
前記筐体に対し回転可能に支持された円盤状の回転体と、
第１の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の等間隔電極を有し、前記回転体に取り付けられた等間隔電極保持板と、ただし、Ｎは１以上の整数であり、前記等間隔電極は互いに電気的に接続されており、
前記第１の円と平行に対向する第２の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたα個のａ相電極と、前記第１の円と平行に対向する第３の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたβ個のｂ相電極と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２導出線とを有し、前記筐体に固定された相電極保持板と、
を含み、ただし、αは１以上の整数、βは１以上の整数であり、
前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板とは、前記第１乃至第３の円の中心がすべて前記回転体の回転中心線上にあり、かつ、当該回転中心線が、前記第１乃至第３の円が作るすべての平面とそれぞれ直交するように配置され、
αが２以上の場合には、任意の２つの前記a相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
βが２以上の場合には、任意の２つの前記ｂ相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
前記等間隔電極と前記ａ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置から、前記等間隔電極と前記ｂ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置までの角度は、π／Ｎの整数倍から、０より大でπ／Ｎより小の予め決めた角度ωだけずれた角度となるように前記等間隔電極の配列に対し前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配列されている回転入力装置。
【請求項３】
筐体と、
前記筐体に対し回転可能に支持された円盤状の回転体と、
第１の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の等間隔電極を有し、前記回転体に取り付けられた等間隔電極保持板と、ただし、Ｎは１以上の整数であり、前記等間隔電極は互いに電気的に接続されており、
前記第１の円と平行に対向する第２の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたα個のａ相電極と、前記第２の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたβ個のｂ相電極と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２導出線とを有し、前記筐体に固定された相電極保持板と、
を含み、ただし、αは１以上の整数、βは１以上の整数であり、
前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板とは、前記第１及び第２の円の中心が前記回転体の回転中心線上にあり、かつ、当該回転中心線が、前記第１及び第３の円が作る平面とそれぞれ直交するように配置され、
αが２以上の場合には、任意の２つの前記a相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
βが２以上の場合には、任意の２つの前記ｂ相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
前記等間隔電極と前記ａ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置から、前記等間隔電極と前記ｂ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置までの角度は、π／Ｎの整数倍から、０より大でπ／Ｎより小の予め決めた角度ωだけずれた角度となるように前記等間隔電極の配列に対し前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配列されている回転入力装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、Ｎは偶数であり、α＝β＝Ｎ／２である。
【請求項５】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板との間にスペーサが介在されている。
【請求項６】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、前記等間隔電極保持板の前記等間隔電極が配置されている面と前記相電極保持板の前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配置されている面のうち少なくとも一方に絶縁シートが装着されている。
【請求項７】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、前記等間隔電極保持板には隣接する前記等間隔電極間に絶縁体セグメントが配置されている。
【請求項８】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、前記相電極保持板には、隣接する前記ａ相電極間に互いに電気的に接続された第１ダミー電極が設けられ、隣接する前記ｂ相電極の間に互いに電気的に接続された第２ダミー電極が設けられている。
【請求項９】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、前記相電極保持板に、静電容量の周囲環境による変動を補正する参照用電極が配置されている。
【請求項１０】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、前記回転体と前記等間隔電極保持板との間にクッション体が介在されている。
【請求項１１】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、
更に、前記回転体の中央に形成された貫通穴に装着され、前記回転中心線方向に押圧される押釦体と、
前記相電極保持板上に形成され、前記ａ相電極と前記ｂ相電極の配列の中心に配置された第１固定接点と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極の配列と前記第１固定接点の間に配置された第２固定接点と、弾性金属により形成され、前記第１固定接点の上を覆い、前記第２固定接点上に載せられた湾曲円盤状の可動接点、
とを更に含み、前記押釦体が押されることで、前記可動接点が前記第１固定接点と前記第２固定接点とを電気的に接続可能とされている。
【請求項１２】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、更に、前記回転体に固定され、外周に歯を有するロータと、前記筐体に保持され、前記ロータの歯と弾性的に係合する突出部を有するリング状の線ばねとを含むクリック感発生部を備えている。
【請求項１３】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置と、
前記等間隔電極と前記ａ相電極とにより形成されるａ相静電容量および、前記等間隔電極と前記ｂ相電極とにより形成されるｂ相静電容量を前記第１及び第２の導出線を通して測定する静電容量測定部と、
前記ａ相静電容量の測定結果と、前記ｂ相静電容量の測定結果から、前記回転体の回転方向と回転角度の少なくとも一方を計算する角度計算部、
とを含む回転検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転式の入力装置に係わり、特に回転情報を入力できる回転入力装置及びそれを使った回転検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａは従来の回転入力装置２の分解斜視図であり、図１Ｂは図１ＡにおいてＢ−Ｂ線で切った断面図である。円盤状の回転体７は絶縁体で形成されており、使用者は指３で回転体７の上面を軽く押さえ、回転体７をスムーズに回転させることができる。従来の回転入力装置２では、指３で回転体７を回転させた角度を検出することが出来る。【０００３】
図１Ｂに示す筐体４の一部に、回転体７と垂直な方向であり筐体４の方向（以下ｚ方向という）に陥没する操作領域２Ａが設けられている。操作領域２Ａには、例えば８箇所の位置に凹部８がそれぞれ形成されている。これらの凹部８内には８つの電極６ａ，６ｂ，６ｃ，…，６ｈがそれぞれ収納されている。各凹部８内の電極６ａ〜６ｈの表面には、絶縁シート５が積層されており、絶縁シート５によって操作領域２Ａの全体が覆われている。【０００４】
操作領域２Ａの中心に形成された軸受け部１４に回転軸１６が固定され、この回転軸１６に回転体７が回転自在に設けられている。回転体７は、その板厚寸法が１ｍｍ以下と薄く、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）など比較的硬質な樹脂シートで形成されている。
回転体７の直径は操作領域２Ａよりも小さく、回転体７は操作領域２Ａ内において、絶縁シート５の表面を摺動しながら回転することが可能とされている。なお、絶縁シート５と回転体７との間の摩擦抵抗は小さく、回転体７はスムーズに回転することが可能とされている。【０００５】
従来の回転入力装置２では、図１に示すように、指３を回転体７の表面に軽く押さえた状態で指３を周回させると、指３とともに回転体７が回転させられる。よって、使用者は回転体７を操作する限りにおいては、指３が操作領域２Ａから大きく外れることを防止することができる。また機械的に回転する部材を操作することができるため、使用者に回転入力装置２を実際に操作しているという感覚（操作感、または操作による安心感）を与えることができる。【０００６】
次に指３による回転角度の検出方法について説明する。指３を回転体７の表面に接近または接触させると、人体が接地体として作用し、指３と電極６ａ〜６ｈのいずれか１つ又は隣接する複数との間に静電容量Ｃが形成される。平行平板コンデンサの静電容量Ｃは以下の式で表すことができる。
Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ    （１）
ここで、εは電極６と指３との誘電率、Ｓは電極６と指３との間の対向面積、ｄは電極６と指３との間の対向距離である。【０００７】
指３を回転体７と共に回転させて、例えば電極６ａに接近させると、指３と電極６ａとの対向距離ｄが小さくなり、かつ対向面積Ｓは大きくなる。このため、上記式（１）より、静電容量Ｃの値は大きくなる。逆に、回転により指３を電極６ａから遠ざけると、対向距離ｄは大きくなり、対向面積Ｓは小さくなる。このため、静電容量Ｃの値は小さくなる。【０００８】
このような静電容量Ｃの値の変化により、回転入力装置２は回転角度を検出することが出来る。この回転入力装置２の詳細については特許文献１に記載されている。また、この回転入力装置２に類似する技術についても特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開２００４−３１１１９６号公報
【特許文献２】特開２００５−１４９８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以下に２つの課題を述べる。
従来の回転入力装置２では、上述の通り、使用者の部位、例えば使用者の指３と電極６との間の静電容量の変化を検出して回転角度を検出するものである。しかし、使用者の指３を回転体７に押さえつける強度や角度によって、対向面積Ｓが大きく変化し、正確な静電容量Ｃを測定することはできない。また使用者の指３の温度変化から誘電率も変化する可能性があるという問題がある。また、回転方向を検出することができないという欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の目的は、検出した静電容量が周囲環境の影響を受けにくい静電容量型の回転入力装置と、それを使った回転検出装置を提供することである。
この発明の第１の観点による回転入力装置は、
筐体と、
前記筐体に対し回転可能に支持された円盤状の回転体と、
第１の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の第1等間隔電極と、前記第１の円と平行な第２の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の第２等間隔電極とを有し、前記回転体に取り付けられた等間隔電極保持板と、ただし、Ｎは１以上の整数であり、前記第１及び第２等間隔電極は互いに電気的に接続されており、
前記第１の円と平行に対向する第３の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたα個のａ相電極と、前記第２の円と平行に対向する第４の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたβ個のｂ相電極と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２導出線とを有し、前記筐体に固定された相電極保持板と、
を含み、ただし、αは１以上の整数、βは１以上の整数であり、
前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板とは、前記第１乃至第４の円の中心がすべて前記回転体の回転中心線上にあり、かつ、当該回転中心線が、前記第１乃至第４の円が作るすべての平面とそれぞれ直交するように配置され、
αが２以上の場合には、任意の２つの前記a相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
βが２以上の場合には、任意の２つの前記ｂ相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
前記第１等間隔電極と前記ａ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置から、前記第２等間隔電極と前記ｂ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置までの角度は、π／Ｎの整数倍から、０より大でπ／Ｎより小の予め決めた角度ωだけずれた角度となるように前記等間隔電極の配列に対し前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配列されている。【００１１】
この発明の第２の観点による回転入力装置は、
筐体と、
前記筐体に対し回転可能に支持された円盤状の回転体と、
第１の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の等間隔電極を有し、前記回転体に取り付けられた等間隔電極保持板と、ただし、Ｎは１以上の整数であり、前記等間隔電極は互いに電気的に接続されており、
前記第１の円と平行に対向する第２の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたα個のａ相電極と、前記第１の円と平行に対向する第３の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたβ個のｂ相電極と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２導出線とを有し、前記筐体に固定された相電極保持板と、
を含み、ただし、αは１以上の整数、βは１以上の整数であり、
前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板とは、前記第１乃至第３の円の中心がすべて前記回転体の回転中心線上にあり、かつ、当該回転中心線が、前記第１乃至第３の円が作るすべての平面とそれぞれ直交するように配置され、
αが２以上の場合には、任意の２つの前記a相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
βが２以上の場合には、任意の２つの前記ｂ相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
前記第１等間隔電極と前記ａ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置から、前記第２等間隔電極と前記ｂ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置までの角度は、π／Ｎの整数倍から、０より大でπ／Ｎより小の予め決めた角度ωだけずれた角度となるように前記等間隔電極の配列に対し前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配列されている。【００１２】
この発明の第３の観点による回転入力装置は、
筐体と、
前記筐体に対し回転可能に支持された円盤状の回転体と、
第１の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の等間隔電極を有し、前記回転体に取り付けられた等間隔電極保持板と、ただし、Ｎは１以上の整数であり、前記等間隔電極は互いに電気的に接続されており、
前記第１の円と平行に対向する第２の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたα個のａ相電極と、前記第２の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたβ個のｂ相電極と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２導出線とを有し、前記筐体に固定された相電極保持板と、
を含み、ただし、αは１以上の整数、βは１以上の整数であり、
前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板とは、前記第１及び第２の円の中心が前記回転体の回転中心線上にあり、かつ、当該回転中心線が、前記第１及び第３の円が作る平面とそれぞれ直交するように配置され、
αが２以上の場合には、任意の２つの前記a相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
βが２以上の場合には、任意の２つの前記ｂ相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
前記第１等間隔電極と前記ａ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置から、前記第２等間隔電極と前記ｂ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置までの角度は、π／Ｎの整数倍から、０より大でπ／Ｎより小の予め決めた角度ωだけずれた角度となるように前記等間隔電極の配列に対し前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配列されている。【００１３】
この発明の第４の観点による回転検出装置は、
前記いずれかの回転入力装置と、
前記等間隔電極と前記ａ相電極とにより形成されるａ相静電容量および、前記等間隔電極と前記ｂ相電極とにより形成されるｂ相静電容量を前記第１及び第２の導出線を通して測定する静電容量測定部と、
前記ａ相静電容量の測定結果と、前記ｂ相静電容量の測定結果から、前記回転体の回転方向と回転角度の少なくとも一方を計算する角度計算部、
とを含むように構成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の回転入力装置によれば、対向し合う電極間の静電容量を測定しているので、使用者の指の回転体を押さえつける強さや角度、使用者の指の温度変化などによる静電容量の変化が極めて小さい。従って、正確に回転角度を測定できる。
また、本発明の回転入力装置を使った回転検出装置によれば、等間隔電極とａ相電極の静電容量の変化、等間隔電極とｂ相電極の静電容量の変化に位相差が生じるので、回転方向を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１Ａは従来の回転入力装置２の斜視図であり、図１Ｂは断面図である。
【図２】図２Ａはこの発明の回転入力装置５０の平面図であり、図２Ｂは側面図であり、図２Ｃは線Ｃ−Ｃ断面図である。
【図３】図２の回転入力装置の要部を斜め上から見た斜視図である。
【図４】図４Ａは相電極保持板と等間隔電極保持板の関係を示す斜め上から見た斜視図、図４Ｂは斜め下から見た斜視図である。
【図５】図５Ａは等間隔電極の簡略化した平面図であり、図５Ｂはａ相電極の簡略化した平面図である。
【図６】回転検出装置８０の構成を示すブロック図である。
【図７】図７Ａは等間隔電極とａ相電極間の対向領域Ｐaを示す図であり、図７Ｂは等間隔電極とｂ相電極間の対向領域Ｐbを示す図である。
【図８】図８Ａは等間隔電極と相電極間の角度位置関係である第１の状態Ｓ１を示す図であり、図８Ｂは第２の状態Ｓ２を示す図であり、図８Ｃは第３の状態Ｓ３を示す図であり、図８Ｄは第４の状態Ｓ４を示す図であり、図８Ｅは静電容量の変化を示す図である。
【図９】図９Ａはａ相電極に対しｂ相電極を回転方向にπ／Ｎの偶数倍ずらした場合の相電極配列を示す図であり、図９Ｂは等間隔電極と図９Ａの相電極の関係である第１の状態Ｓ１を示す図であり、図９Ｃは第２の状態Ｓ２を示す図であり、図９Ｄはこの場合の静電容量の変化を示す図である。
【図１０】図１０Ａはａ相電極に対しｂ相電極を回転方向にπ／Ｎの奇数倍ずらした場合の相電極配列を示す図であり、図１０Ｂは等間隔電極と図１０Ａの相電極の関係である第１の状態Ｓ１を示す図であり、図１０Ｃは第２の状態Ｓ２を示す図であり、図１０Ｄはこの場合の静電容量の変化を示した図である。
【図１１】図１１Ａは静電容量の変化を示した図であり、図１１ＢはＣａの整形によるパルス波形を示す図であり、図１１ＣはＣｂの整形によるパルス波形を示す図である。
【図１２】図１２Ａはａ相電極、ｂ相電極をそれぞれ１つ設けた場合を示す図であり、図１２Ｂはａ相電極、ｂ相電極を交互に配置させた場合を示す図であり、図１２Ｃはａ相電極とｂ相電極との数が相違する場合を示す図である。
【図１３】図１３Ａはａ相電極とｂ相電極との数が相違する場合の静電容量の変化を示す図であり、図１３Ｂはこの場合のＣａの整形によるパルス波形を示す図であり、図１３Ｃはこの場合のＣｂの整形によるパルス波形を示す図である。
【図１４】変形例２の相電極保持板を簡略化した平面図である。
【図１５】変形例３の等間隔電極保持板の等間隔電極を簡略化して示す平面図である。
【図１６】変形例３の等間隔電極保持板の等間隔電極を簡略化して示す平面図である。
【図１７】変形例４の等間隔電極５６を配置させた図である。
【図１８】変形例５の回転入力装置の断面図である。
【図１９】図１９Ａはスペーサ９０を介在させた場合、回転入力装置５０の要部を上方から見た斜視図であり、図１９Ｂは下方から見た斜視図である。
【図２０】図２０Ａは等間隔電極に絶縁体セグメント９２を設けた場合の等間隔電極保持面５２ａの表面を示す図であり、図２０Ｂは裏面を示す図である
【図２１】ダミー電極９４を設けた場合の相電極の配置を示す図である。
【図２２】図２２Ａは参照用電極９６を設けた場合の相電極の配置の表面を示す図であり、図２２Ｂは裏面を示す図である。
【図２３】図２３Ａは電極間静電容量などの変化を示す図であり、図２３Ｂは補正後の電極間静電容量の変化を示す図である。
【図２４】クッション体１０６を設けた場合の回転入力装置の分解斜視図である。
【図２５】押釦体１０８を設けた場合の回転入力装置の分解斜視図である。
【図２６】図２６Ａは押釦体用の固定接点６５を設けた場合の相電極保持板の表面を示す図であり、図２６Ｂは裏面を示す図である。
【図２７】クリック感発生部１１０を設けた場合の回転入力装置の分解斜視図である。
【図２８】図２８Ａは回転体１０２を取り外した状態の回転入力装置の平面図であり、図２８Ｂは側面図である。
【図２９】図２９Ａは図２８Ａにおける回転入力装置を線Ａ−Ａで切った断面図であり、図２９Ｂは線Ｂ−Ｂで切った断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、発明を実施するための最良の形態を示す。
【実施例１】
【００１７】
図２Ａ，２Ｂ，２Ｃはこの発明による回転入力装置５０の第１の実施例の上面図と、側面図と、Ｃ−Ｃ断面図を示し、図３は分解斜視図を示す。回転入力装置５０は上面が開放された浅い円筒容器状の筐体１０４と、その筐体１０４の上からかぶせる円筒蓋状の回転体１０２を有している。筐体１０４と回転体１０２は互いに回転摺動自在とされている。回転体１０２の上面には放射状に複数の突条１０２ａが形成されており、この突条が形成された回転体１０２の上面を例えば指で押さえて容易に回転を与えることができる。【００１８】
筐体１０４内の床面に円形の相電極保持板６４が例えば接着により固定される。そのとき、筐体１０４内の床面に形成された複数の位置決め突起１０４ｂと、相電極保持板５２に形成された複数の位置決め孔６４ｂが互いに嵌合して相電極保持板６４が位置決めされる。相電極保持板６４の周縁の一円弧部から導出部６４ｃが筐体１０４の外周壁に形成された切り欠き１０４ａを通して外に延長されている。回転体１０２の底面には外周径がほぼ相電極保持板６４と同じ環状の等間隔電極保持板５２が例えば接着により固定されている。従って、相電極保持板６４に対し等間隔電極保持板５２は回転自在である。【００１９】
この発明の回転入力装置は、例えば携帯電話、ディジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant)などの特に携帯機器に設けられる入力デバイスとして好適な静電容量式回転スイッチに使用されるものであり、図２，３に示した回転入力装置を携帯機器に実装した場合は、筐体１０４は携帯機器の筐体の一部として構成する場合もある。従って、筐体１０４の形状は図２，３のような円形容器の形状であるとは限らない。【００２０】
相電極保持板６４の上面には複数の相電極６２が円周上に配列されており、等間隔電極保持板５２の下面にも複数の等間隔電極５６が円周上に配列されている。これら等間隔電極５６と相電極６２は互いに接触しないよう等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４は互いに間隔が保たれて対向している。等間隔電極５６は、相電極６２に対し静電容量を形成する浮遊電極として作用する。相電極６２は導出部６４ｃ上の導出線（後述）を通して導出部６４ｃ上の静電容量測定部８２に接続されている。【００２１】
図４Ａ，４Ｂは図２及び３に示すこの発明の回転入力装置５０の要部である互いに対向する等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４の構成を示す。図４Ａは等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４を斜め上から見た斜視図であり、図４Ｂは斜め下から見た斜視図である。【００２２】
等間隔電極保持板５２は、相電極保持板６４に対向した面である等間隔電極保持面５２ａを有する。相電極保持板６４は等間隔電極保持板５２に対向した面である相電極保持面６４ａを有する。等間隔電極保持面５２ａ上にはＮ個（ただし、Ｎは２以上の整数）の等間隔電極が保持され、相電極保持面６４ａ上にはＭ個（ただし、Ｍは２以上の整数）の相電極が保持される。なお、図４に示す例では、Ｎ＝Ｍ＝１２であり、等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌ、相電極６２Ａ〜６２Ｌと称する。また、以下の説明では、１２個の等間隔電極を総合して等間隔電極５６、１２個の相電極を総合して相電極６２と呼ぶこともある。【００２３】
等間隔電極保持板５２の、等間隔電極保持面５２ａとは反対側の面５２ｂにはリング状の接続線５１が形成されている。各等間隔電極５６は、その電極領域内において等間隔電極保持板５２を貫通して形成されたスルーホール５６ｔを通して、いわゆるバイアホールの手法で接続線５１に接続されている。これにより全ての等間隔電極５６は互いに電気的に接続されて、１つのフローティング電極を形成している。【００２４】
一方、相電極６２は配列方向に電極６２Ａ〜６２Ｆと電極６２Ｇ〜６２Ｌの２つのグループに分けられ、それぞれのグループに対向するように相電極保持板６４の、電極保持面６４ａとは反対側の面６４ｂには、半円弧状の２つの接続線６１Ａ，６１Ｂが形成されている。各グループの各相電極６２は、その電極領域内において相電極保持板６４を貫通して形成されたスルーホール６２ｔを通して、バイアホール手法により接続線６１Ａ，６１Ｂの対応するものに接続されている。これら２つのグループに接続された２つの接続線６１Ａ，６１Ｂは、それらの一端から導出部６４ｃ上を延長された導出線６１ａ，６１ｂにより前述の静電容量測定部８２に接続されている。【００２５】
図５Ａは等間隔電極保持面５２ａ上に形成されたＮ個の等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌの配列を簡略化して示す。等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌはそれぞれ、径が異なり、互いに同心の第１及び第２の円５３，５４の間に規定される環状帯を、周方向に等角度間隔で、かつ等角度幅で放射状に区切った形状である。従って、各電極はほぼ円弧状四辺形(扇状四辺形)をなしている。図５Ａに示すＮ＝１２の例では各等間隔電極の周方向の角度幅と隣接電極間のギャップ角度幅は等しく、π/12とされているが、配列ピッチ角度2π/Nを保っていれば各電極の周方向角度幅をπ/12より大きくしても小さくしてもよい。【００２６】
図５Ｂは相電極保持面６４ａ上にある相電極６２Ａ〜６２Ｌの配列を示す。相電極６２Ａ〜６２Ｌも前記第１及び第２の円５３，５４とそれぞれ同じ径で同心の第３及び第４の円６３，６４間に規定される環状帯を放射状に区切った、それぞれがほぼ円弧状四辺形をなしている。相電極６２は周方向にα個のａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとβ個のｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの２つのグループに分けられている。ただし、α、βは１以上の整数とし、Ｍ＝α＋βである。この図の例では、α＝β＝Ｎ／２＝６である。以下の説明では、ａ相電極を６２Ａ〜６２Ｆとし、ｂ相電極を６２Ｇ〜６２Ｌとする。【００２７】
各グループ内の相電極の配列角度間隔(ピッチ）は等間隔電極のそれと同じである。各相電極は周方向に同じ円弧角度幅を有し、図５Ｂの例では各グループ内の隣接相電極間のギャップの円弧角度幅も相電極角度幅と等しい。以下の説明ではａ相電極６２Ａ〜６２Ｆをまとめてａ相電極と呼び６２ａで表し、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌをまとめてｂ相電極と呼び６２ｂで表すこともある。【００２８】
次に、ａ相電極、ｂ相電極の位置関係について説明する。図５Ｂに示すように、第１及び第２の円６３，６４の中心を通り、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆのそれぞれを対称に二分する６本の中心線の任意の１つに対し、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの中心線の角度位置はそれぞれ2mπ/Nから角度w、ただし０＜w＜π/N、だけ同じ方向に回転した位置にある（前述したように、ここではＭ＝Ｎ＝１２）。つまり、等間隔電極がａ相電極６２ａと完全に重なるときの等間隔電極保持板５２の角度位置から、等間隔電極６２ｂがｂ相電極と完全に重なるときの等間隔電極保持板５２の角度位置までの角度が、π/Nの整数（０も含む）倍の角度とならないようにされている。理解を容易にするために、π/Nのように、特定の値を使って説明しているが、このような値は理論上の値である。実際には、回転入力装置に求められる精度から許容される範囲の誤差を含むことは言うまでもない。このことは以下の説明についても同様である。このように、ａ相電極６２ａの配列に対し、ｂ相電極６２ｂの配列をωだけ同一方向にずらすことにより、等間隔電極保持板５２の回転方向を検出できる。その理由は後述する。【００２９】
以上の例では、等間隔電極と相電極の数は等しい場合を説明したが、両者の数が異なってもよい。また、第１及び第２の円５３，５４の直径と第３及び第４の円６３，６４の直径とは等しい場合で説明したが、第１及び第２の円５３，５４で規定される環状帯と、第３及び第４の円で規定される環状帯が同心で、かつ半径方向に重なる領域があれば、径を同じにする必要はない。なお、第１の円５３がなす平面（等間隔電極保持面５２ａ）と第３の円６３がなす平面（相電極保持面６４ａ）は平行である。【００３０】
図６はこの発明の回転入力装置の使用形態を示す。前述した回転入力装置５０からのａ相電極用の導出線６１ａとｂ相電極用導出線６１ｂは静電容量測定部８２に接続され、等間隔電極５６とａ相電極６２ａとで形成される静電容量（以下、ａ相静電容量Ｃａと呼ぶ）および、等間隔電極５６とｂ相電極６２ｂとで形成される静電容量（以下、ｂ相静電容量Ｃｂと呼ぶ）を測定する。これらアナログ容量は角度計算部８４に与えられ、容量に対応する回転角のディジタル値に変換され、出力される。必要に応じて、角度計算部８４は回転体に与えられた回転に伴うａ相静電容量Ｃａの変化とｂ相静電容量Ｃｂの変化の位相差を検出し、その位相差の正負により回転体の回転方向を判定し、その回転方向(右回り、左回り)を表す信号をスイッチ信号として前記検出回転角度と共に、又はスイッチ信号単独で出力してもよい。【００３１】
回転入力装置５０と、静電容量測定部８２と、角度計算部８４とは回転検出装置８０を構成し、回転体１０２の回転操作によって得られる出力信号は電子機器の入力データとして使用され、あるいは、電子機器の表示部８６上におけるカーソルの移動、メニューや項目の選択など、制御信号として使用される。なお、静電容量測定部８２及び角度計算部８４は、市販のＩＣ（集積回路）で容易に構成できる。回転入力装置５０としては、後述する回転入力装置のどの実施例又は変形例を使用してもよい。【００３２】
図７Ａはａ相電極６２Ａと等間隔電極５６Ａとが一部重なっていることを示す図である。斜線を破線で示している領域がａ相電極６２Ａと等間隔電極５６Ａが重なっている部分（以下、対向領域Ｐaと呼ぶ）である。ａ相電極６２Ａと等間隔電極５６Ａにより生じる静電容量Ｃa'は、式(2)で表すことができる。
Ｃa'＝ε・Ｓa/ｄ                      （２）
式(2)のεは相電極６２と等間隔電極５６間にある空間物質（空気及び／又は他の絶縁材）の誘電率を示す。Ｓaは対向領域Ｐaの面積を示す。ｄは相電極６２と等間隔電極５６の対向面間距離を示す。【００３３】
図７Ａに示すように、対向領域Ｐaが有する弧がなす角度（以下、対向領域角度という）をθaとすると対向領域Ｐaの面積Ｓaは、式(3)で表すことができる。ただし第２の円５４の半径をＲ、第１の円５３の半径をｒとする。
Ｓa＝(πＲ２−πｒ２)θa/2π
＝θa(Ｒ２−ｒ２)/２                 （３）
式(3)を式(2)に代入すると、静電容量Ｃa'は式(4)で表すことができる。
Ｃa'＝θaε(Ｒ２−ｒ２)/2ｄ              （４）【００３４】
式(4)の係数のうち、ε、ｄ、Ｒ、ｒは一定である。また、この例では、ａ相電極は６個あり、それらの等間隔電極との対向領域角度θaは全て等しいことから、Ｃa＝６Ｃa'が成り立つ。よって、
Ｃa＝３θaε(Ｒ２−ｒ２)/ｄ              （５）
となる。つまり、静電容量Ｃaは対向領域角度θaに比例する。同様に、図７Ｂに示すように、ｂ相電極６２Ｇと等間隔電極５６Ｇとが対向している部分を対向領域Ｐbとし、対向領域Ｐbの対向領域角度をθbとすると、以下の式が成り立つ。
Ｃb＝３θbε(Ｒ２−ｒ２)/ｄ              （６）
式(6)より、静電容量Ｃbは対向領域角度θbに比例する。【００３５】
相電極保持板６４に対し、等間隔電極保持板５２を時計回りに回転させた４つの状態S1〜S4をそれぞれ図８Ａ〜８Ｄに示す。図８Ｅは等間隔電極保持板５２が回転したときの静電容量の変化を示した図である。縦軸は静電容量Ｃであり、横軸は時間である。ａ相静電容量Ｃaを実線で示し、ｂ相静電容量Ｃbを破線で示す。時間軸に沿って示したS1〜S4は図８Ａ〜８Ｄに示した４つの状態S1〜S4に対応している。【００３６】
等間隔電極５６とａ相電極６２ａとが完全に対向した時、この例では、θa＝π/12であり、同様に等間隔電極５６とｂ相電極６２ｂとが完全に対向した時、θb＝π/12である。これらのときの静電容量Ｃa、ＣbをＣ１と表すことにする。【００３７】
まず、図８Ａに示す状態Ｓ１の場合は、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆの各々の半分と等間隔電極５６Ａ〜５６Ｆとが重なっている。よって、ａ相静電容量ＣaはＣ１/２になる。一方、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの各々は、全て等間隔電極５６と重なっているので、ｂ相静電容量ＣbはＣ１になる。【００３８】
図８Ｂに示す状態Ｓ２は状態Ｓ１の等間隔電極５６がπ/24だけ時計方向に回転した状態である。状態Ｓ２では、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆの全ての部分が等間隔電極５６と重なっている。よって、ａ相静電容量ＣaはＣ１になる。一方、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの各々の半分が等間隔電極５６と重なっている。よって、ｂ相電極容量ＣbはＣ１/２になる。【００３９】
図８Ｃに示す状態Ｓ３は状態Ｓ２の等間隔電極５６がπ/24だけ時計方向に回転した状態である。状態Ｓ３では、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆのそれぞれ半分が等間隔電極５６と重なっている。よって、ａ相静電容量ＣaはＣ１/２になる。一方、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌと等間隔電極５６とは全く重なっていない。よって、ｂ相電極容量Ｃbは０である。【００４０】
図８Ｄに示す状態Ｓ４は状態Ｓ３の等間隔電極５６がπ/24だけ時計方向に回転した状態である。状態Ｓ４では、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆと等間隔電極５６とは全く重なっていない。よってａ相静電容量Ｃaは０になる。一方、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの各々の半分が等間隔電極５６と重なっている。よって、ｂ相電極容量ＣbはＣ１/２になる。【００４１】
上述のように、静電容量Ｃは対向領域角度θに比例する。従って、理論的には、等間隔電極保持板５２の回転に応じて、静電容量Ｃa、Ｃbは直線的に増加、減少する三角波形となるはずであるが、現実には、電極パターン精度や周囲物体との浮遊容量などの影響により、図８Ｅに示すＨ１、Ｈ２のように最大点及び最小点近傍が丸みを帯びたようになる。【００４２】
静電容量測定部８２は、図８Ｅのような静電容量Ｃa、Ｃbに対応する信号を出力する。図８Ｅの例では、ａ相静電容量Ｃaの変化の位相がｂ相静電容量Ｃbの変化の位相より早い場合は、図６における角度計算部８４は、反時計回りに回転したことを検出できる。また、ａ相静電容量Ｃaの変化の位相がｂ相静電容量Ｃbの変化の位相より遅れる場合は、角度計算部８４は、反時計回りに回転したことを検出できる。【００４３】
しかし、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌが、互いに同じ周方向にπ／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあると、角度計算部８４は等間隔電極保持板５２の回転方向を検出することができない。例えば、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌが互いに同じ周方向にπ／Ｎの偶数倍ずれた場合、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌは、図９Ａに示すように配置される。つまり、相電極保持板を半径方向に２等分する直線Ｙ（一点鎖線で示す）に対して、ａ相電極とｂ相電極の配置が左右対称になっている。【００４４】
まず、図９Ｂに示す状態Ｓ１では、全ての等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌの全ての領域が相電極６２Ａ〜６２Ｌに重なる。従って、ａ相静電容量Ｃa、ｂ相静電容量Ｃbともに最大値Ｃ１になる。次に図９Ｃに示すように相電極保持板６４に対し等間隔電極保持板５２が時計方向にπ/12回転した状態を状態Ｓ２とする。この状態Ｓ２では全ての等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌが相電極６２Ａ〜６２Ｌと全く重ならないので、ａ相静電容量Ｃa、ｂ相静電容量Ｃbともに最小値０になる。従って、静電容量測定部８２が測定するａ相静電容量Ｃaとｂ相静電容量Ｃbは、図９Ｄに示すように常に一致している。角度計算部８４は図９Ｄに示す静電容量Ｃa、Ｃbの変化を得たとしても、回転方向を検出することが出来ない。【００４５】
また、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌが互いに同じ周方向にπ/Ｎの奇数倍ずれた場合は、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌは、図１０Ａに示すように配置される。【００４６】
まず、状態Ｓ１では、図１０Ｂに示すように、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆと等間隔電極とは全く重ならないので、ａ相静電容量Ｃaは０になる。一方、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの全ての領域が等間隔電極と重なるので、ｂ相静電容量ＣbはＣ１になる。また等間隔電極保持板５２がπ／１２だけ時計方向に回転した状態を状態Ｓ２として図１０Ｃに示す。状態Ｓ２では、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆの全ての領域が等間隔電極と重なるので、ａ相静電容量ＣaはＣ１になる。一方、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌと等間隔電極とは全く重ならないので、ｂ相静電容量Ｃbは０になる。【００４７】
従って、静電容量測定部８２が測定するａ相静電容量Ｃaおよびｂ相静電容量Ｃbは共に図１０Ｄに示すようになる。角度計算部８４は図１０Ｄに示す静電容量Ｃa、Ｃbの変化を得たとしても、位相がちょうどπずれているため、回転方向を検出することが出来ない。【００４８】
このように、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌが、互いに同一周方向にπ／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあると、角度計算部８４は等間隔電極保持板５２の回転方向を検出することができない。これに対し、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌを互いに同一周方向にπ／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にしないことで、回転方向に依存した静電容量Ｃaの変化と静電容量Ｃbの変化との間に０又はπの整数倍のいずれでもない位相差が生じる。そしてその位相差の正、負によって、回転方向を認識できる。【００４９】
次に角度計算部８４による回転角度の検出について説明する。図１１Ａは等間隔電極保持板５２が２πだけ、回転した場合の静電容量Ｃa、Ｃbの変化を示したものである。
まず、ａ相静電容量Ｃa、ｂ相静電容量Ｃbの値をディジタル化する。具体的には、例えば、静電容量Ｃ１／２を閾値γとし、閾値γより静電容量が大きければ"1"の値にし、小さければ"0"の値にする。そうすると、ａ相静電容量から図１１Ｂに示すパルス波形を得ることができ、１パルス周期は、等間隔電極保持板５２の回転角度π/６に相当する。従って、角度計算部８４がパルス数を計測することで、回転角度を検出することが出来る。なお、図１１Ｃは、ｂ相静電容量Ｃbをディジタル化して生成されたパルス波形である。【００５０】
つまり、本実施例のように、ａ相電極６２ａ同士を互いに、回転方向に2π/Ｎの整数倍の角度ずれた位置にし、ｂ相電極６２ｂ同士も互いに、回転方向に2π/Ｎの整数倍の角度ずれた位置にする。また、等間隔電極とａ相電極とが最も重なり合う時の等間隔電極保持板５２の角度位置から、等間隔電極とｂ相電極とが最も重なり合うときの等間隔電極保持板５２の角度位置までの角度は、π/Ｎの整数倍とならないようにａ相電極とｂ相電極の角度位置関係を選ぶ。別の表現をすれば、任意の１つのａ相電極の角度位置から任意の１つのｂ相電極の角度位置までの同一周方向の角度がπ/Ｎの整数倍とならないようにａ相電極の配列に対しｂ相電極の配列を決めている。このように配置すれば、角度計算部８４は、ＣaとＣbの関係から回転方向及び回転角度を検出することが出来る。【００５１】
［変形例１］
次に、実施例１の変形例を説明する。図１２Ａ〜１２Ｃは、相電極保持板６４の３種類の変形例におけるａ相電極、ｂ相電極の配置を簡略化して示す。
図１２Ａのように、ａ相電極、ｂ相電極を１つずつ（図１２Ａではそれぞれ、６２Ｆ、６２Ｇと記載）にすることも出来る。この場合は、静電容量測定部８２が測定するａ相静電容量Ｃa、ｂ相静電容量Ｃbの値は小さくなる問題がある。しかし、高い測定精度が求められない場合には、このような構成も有り得る。【００５２】
また図１２Ｂに示すようにａ相電極とｂ相電極を交互に配置させることもできる。この場合も、上述のようにａ相電極同士、ｂ相電極同士をそれぞれ接続線６１Ａ，６１Ｂにより電気的に接続させ、ａ相電極とｂ相電極とは電気的に接続させない。この場合は、ａ相静電容量Ｃa、ｂ相静電容量Ｃbはともに、図１１Ａに示すように変化するので、角度計算部８４は回転角度と回転方向を検出することができる。【００５３】
図１２Ｃに示すように、ａ相電極とｂ相電極の数を異ならせることも出来る。図１２Ｃの例では、ｂ相電極の数をａ相電極の数より１つ少なくし、かつ、ａ相電極とｂ相電極を交互に配置させた例である。この場合は、図１３Ａに示すように、ａ相電極の静電容量Ｃaの最高値Ｃamaxはｂ相電極の静電容量Ｃbmaxより大きくなる。このような場合でも、ａ相静電容量の閾値γaをＣamax/2とし、ｂ相静電容量の閾値γbをＣbmax/2とすることで、静電容量Ｃa、Ｃbのディジタル値の位相を図１３Ｂ、１３Ｃに示すように、正しく検出することができる。従って、角度計算部８４は回転角度の検出も出来る。【００５４】
［変形例２］
図１４は第１実施例における相電極保持板６４が有する相電極６２の変形例を簡略化して示した平面図である。図１４に示すように、第３の円６３に外接して周方向にａ相電極を等間隔に設け、第４の円６４に内接して周方向にｂ相電極を等間隔に設ける。この場合、等間隔電極保持板５２は、図５Ａに示すものと同じでよい。【００５５】
図１４に示す例では、上述したａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌに、更に６個のａ相電極６２Ｍ〜６２Ｒ、６個のｂ相電極６２Ｓ〜６２Ｘがそれぞれ追加されている。つまり、ａ相電極、ｂ相電極が共に１２個である。ａ相電極の等角度間隔配列に対し、ｂ相電極の配列は同一周方向にω、０＜ω＜π/N、だけずらされている。ただし、Ｎは等間隔電極数であり、この例ではＮ＝１２である。ａ相電極の半径方向の幅とｂ相電極の半径方向の幅の和は、円６３と６４間の環状帯幅より小とされており、従って、半径方向においてａ相電極とｂ相電極は接触していない。【００５６】
必要であれば、各ａ相電極の面積が対応する１つのｂ相電極の面積と等しくなるよう、それら電極の半径方向の幅を決めてもよいし、それら半径方向の電極幅を等しくし、図１３で説明したように検出容量に対する閾値γa、γbを電極面積に応じて決めてもよい。図１４の変形例では、ａ相電極がｂ相電極より内側に配置されている例を示したが、ａ相電極をｂ相電極より外側に配置させてもよい。図示していないが、隣接するａ相電極間、ｂ相電極間はそれぞれ、電気的に接続されているが、ａ相電極とｂ相電極とは電気的に接続されない。【００５７】
このように、図５Ａの等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌがａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、６２Ｍ〜６２Ｒと最も重なり合う等間隔電極保持板５２の角度位置から、等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌがｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌ、６２Ｓ〜６２Ｘと最も重なり合う等間隔電極保持板５２の角度位置までの角度がπ/Ｎの整数倍（０も含む）とならないようにａ相電極、ｂ相電極は配置される。このように配置しても、実施例１と同じ効果が得られる。【００５８】
［変形例３］
図１５は第１実施例における等間隔電極保持板５２上に形成される等間隔電極５６の配列の変形例を簡略化して示し、図１６はその等間隔電極５６に対する相電極保持板６４上に形成される相電極６２の配列を簡略化して示す。【００５９】
等間隔電極保持板５２は、１２個の等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌに更に１２個の等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘが追加され、合計２４個の等間隔電極５６Ａ〜５６Ｘで構成されている。この例では、１２個の第1等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌが第１の円５３に外接して周方向に等間隔に配置され、１２個の第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘが第１の円５３と同心の第２の円５４に内接して周方向に等間隔に配置される。第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌの配列と第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘの配列は半径方向に間隙が設けられているが、第１及び第２等間隔電極は全て図示してない接続線により互いに電気的に接続されている。【００６０】
図１５に示すように、第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌの配列に対し、第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘの配列は同じ周方向にω（０＜ω＜π/Ｎ）だけずらされている。つまり、変形例２（図１４）で説明したａ相電極とｂ相電極をそれぞれ、第１等間隔電極と第２等間隔電極に置き換えたものと配列は同じである。【００６１】
図１５に示した等間隔電極配列に対する相電極保持板６４上の相電極５６は、図１６に示すように、１２個のａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、６２Ｍ〜６２Ｒと、１２個のｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌ、６２Ｓ〜６２Ｘとで構成される。第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌと同じ半径方向幅を有する１２個のａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、６２Ｍ〜６２Ｒは、第１の円５３と同じ径の第３の円６３に外接して周方向に等角度間隔で配列されている。また、第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘと同じ半径方向幅を有する１２個のｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌと６２Ｓ〜６２Ｘは、第２の円５４と同じ径の第４の円６４に内接して周方向に等角度間隔に、かつａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、６２Ｍ〜６２Ｒと同じ周方向角度位置に配列されている。【００６２】
図１５，１６による等間隔電極と相電極の配列により、第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌとａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、６２Ｍ〜６２Ｒとが最も重なり合う等間隔電極保持板５２の角度位置から、第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌ、６２Ｓ〜６２Ｘとが最も重なり合う等間隔電極保持板５２の角度位置までの角度が、π／Ｎの整数倍とは異なる角度となるようにする。このような電極配列によっても実施例１と同じ効果が得られる。【００６３】
［変形例４］
図１７は、変形例３における図１５で示した第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌと第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘのそれぞれ対向円弧が重なるよう半径方向幅を大きくして一体化した等間隔電極５６Ａ'〜５６Ｌ'を示している。図１７の等間隔電極５６Ａ'〜５６Ｌ'に対する相電極は図１６と同じものを使用できる。この変形例でも、実施例１と同じ効果を得られる。【００６４】
［変形例５］
図１４，１５で示した変形例３では、第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌの配列と第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘの配列が同一平面上であり、また、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ，６２Ｍ〜６２Ｒの配列とｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌ，６２Ｓ〜６２Ｘの配列とが同一平面上にある場合を説明した。しかし、これら４つの電極配列を全て異なる平面上に設けても良い。図１８に示す変形例５はその例である。【００６５】
図１８の変形例は、例えばマウス用ホイールのような回転入力装置として使用できるものである。この回転入力装置は図１８に断面で示すように、２つの筐体側壁１０４Ａ，１０４Ｂ間に回転軸１０２Ｃを有する円盤状回転体１０２が収容され、回転軸１０２Ｃは筐体側壁１０４Ａ，１０４Ｂの内壁面に形成された軸受け穴１０４ｃにより回転可能に支持されている。回転体１０２の外周部は筐体側壁１０４Ａ，１０４Ｂの一端間に形成されたスリット１０４Ｓを通して外に突出している。回転体１０２の外周縁には回転軸と平行に延びる突条１０２ａが周方向に一定間隔で形成されている。図１４に示したａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、６２Ｍ〜６２Ｒは図１８において筐体側壁１０４Ａの内壁面に固定された円形のａ相電極保持板６４Ａの上面にａ相電極６２ａとして形成されている。図１４に示したｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌ、６２Ｓ〜６２Ｘは筐体側壁１０４Ｂの内壁面に固定された円形のｂ相電極保持板６４Ｂの上面にｂ相電極６２ｂとして形成されている。【００６６】
一方、図１５に示した第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌは、円盤状回転体１０２の、筐体側壁１０４Ａ側の面に固定された環状の第１等間隔電極保持板５２Ａの上面に第１等間隔電極５６ａとして形成されている。また、図１５に示した第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘは、円盤状回転体１０２の、筐体側壁１０４Ｂ側の面に固定された環状の第２等間隔電極保持板５２Ｂの上面に第１等間隔電極５６ｂとして形成されている。【００６７】
第１等間隔電極５６ａの配列とａ相電極６２ａの配列は、回転軸１０２Ｃの中心線上に中心を有する同じ径の円周上で互いに平行に対向しており、第２等間隔電極５６ｂの配列とｂ相電極６２ｂの配列は回転軸６４Ｂの中心線上に中心を有する前記と同じ径の円周上で互いに平行に対向している。全てのａ相電極を互いに接続した図示してない接続線は、ａ相電極保持板６４Ａの外周から延長された導出部６４Ａｃ上を延長して導出される。同様に、全てのｂ相電極を互いに接続した図示してない接続線は、ｂ相電極保持板６４Ｂの外周から延長された導出部６４Ｂｃ上を延長して導出される。【００６８】
この変形例においても、第１等間隔電極とａ相電極とが最も重なり合うときの回転体１０２の角度位置から、第２等間隔電極とｂ相電極とが最も重なり合うときの回転体１０２の角度位置までの角度が、π/Ｎの整数倍とならないようにそれぞれ配置されるので、実施例１と同じ効果を得られる。  
【実施例２】
【００６９】
実施例２では、図４の構成において、図１９Ａ、１９Ｂに示すように、等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４との間にスペーサ９０を介在させる。図１９Ａおよび１９Ｂは、等間隔電極保持板５２とスペーサ９０と相電極保持板６４とを斜め上から見た斜視図と、斜め下から見た斜視図である。【００７０】
静電容量を大きくするため、式（２）中のｄの値を小さくしても、等間隔電極５６と相電極６２とを短絡させてはならない。また、ｄを大きくすれば、静電容量が小さくなり、測定精度が低下する。また、距離ｄが変動すると静電容量も変動するので、距離ｄは常に一定に保つことが望ましい。そこで、等間隔電極５６と相電極６２の間に円形のスペーサ(絶縁シート)９０を設けることで、外部から衝撃が加わった場合でも、距離ｄを一定に保つことができる。なお、耐久性の問題から、スペーサを厚くすることや２枚用いることもできる。更に、電極やスペーサの間に、空気が入ると、誘電率の低い部分が局所的に生じてしまい、正確な静電容量の測定ができなくなるので、スペーサの表面にグリス等を塗布してもよい。【００７１】
また、スペーサ９０を設ける代わりに、グリス等を電極の上から一方又は両方の電極保持板５２，６４の表面に塗布するか、潤滑性の樹脂をコーティングすることでも、等間隔電極５６と相電極６２との接触を防ぎ、耐久性を向上させることができる。
また、スペーサ９０は、相電極保持板６４上に接着などにより固定させても良いし、等間隔電極保持板５２上に固定しても良い。また、図１８の変形例の場合は、第１等間隔電極保持板５２Ａとａ相電極保持板６４Ａとの間と、第２等間隔電極保持板５２Ｂとｂ相電極保持板６４Ｂとの間にそれぞれスペーサ９０を設ける。【００７２】
スペーサ（絶縁シート）としては、カバーレイ、レジスト、フレキシブル基板などの素材を用いることができる。
【実施例３】
【００７３】
実施例３は実施例１における回転入力装置の等間隔電極保持板５２の隣接等間隔電極５６間に絶縁体セグメント９２を設け、相電極保持板６４の隣接相電極６２間にダミー電極を設けたものである。図２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ絶縁体セグメント９２を設けた場合の等間隔電極保持板５２の表側と裏側を示した平面図である。この実施例によれば、等間隔電極５６の配列方向における電極がある部分とない部分との凹凸を減らすことができる。絶縁体セグメント９２は、例えばレジストなどで形成すればよい。【００７４】
図２１は、相電極保持板６４上の相電極の配列方向における隣接相電極６２間にダミー電極９４を設けた例を示す平面図である。各ダミー電極９４もスルーホール９４ｔを介して裏面の接続線９３Ａ，９３Ｂにより、隣接するダミー電極９４と電気的に接続されている。ダミー電極９４は、例えば銅箔パターンで形成される。ダミー電極９４は接続線９３Ａ，９３Ｂ及び導出線９３ａ，９３ｂを通して接地（ＧＮＤ）電位に接続される。ダミー電極９４を設けることにより相電極保持板６４の両面の凹凸を減らしたり、静電容量検出感度を高めることができる。
【実施例４】
【００７５】
実施例４は実施例１の回転入力装置における相電極保持板６４に参照用電極９６を設けたものである。図２２Ａ、２２Ｂは相電極保持板６４に参照用電極９６を設けた場合の表側の平面図と裏側の平面図である。図２２の例では相電極保持板６４の、相電極６２が形成された面に３つの参照用電極９６が設けられ、互いにスルーホール９６ｔを介して裏面の接続線９５により電気的に接続されている。この接続線９５は導出線９５ｃを通して静電容量測定部８２に接続されており、静電容量測定部８２は参照用電極９６の浮遊静電容量も測定することができる。参照用電極９６は、例えば図２２に示すように、相電極６２の円形配列の内側に配置される。参照用電極９６の総面積は、ａ相電極の総面積(従って、ｂ相電極の総面積)と等しくなるようにされている。【００７６】
測定される静電容量には相電極と周囲物体、例えば使用者の手、との間の浮遊容量も含まれている。この浮遊容量は電力と周囲物体間の距離や誘電率に依存して変化する。その誘電率自体も外部の温度変化によって変化する。測定静電容量に影響を与えるこれら様々な変化の要因を総称して環境変化と呼ぶことにする。従って、環境の変化によって、ａ相静電容量Ｃａの測定値やｂ相静電容量Ｃｂの測定値は変動する。参照用電極９６の目的は、環境の変化による静電容量の変化を補正することである。参照用電極９６により環境変化による静電容量変化を検出して、ａ相静電容量Ｃａ及びｂ相静電容量Ｃｂを補正することにより、静電容量測定部８２は正確なａ相静電容量Ｃａやｂ相静電容量Ｃｂを測定することができる。以下に、この補正の原理を説明する。【００７７】
図２３Ａは相電極と等間隔電極との間の静電容量（Ｃａ又はＣｂ、以下、電極間静電容量という）を実線で示し、参照用電極９６に発生した浮遊静電容量（以下、参照用静電容量という）を破線で示したものである。縦軸は静電容量の値であり、横軸は時間である。図２３Ｂは電極間静電容量から参照用静電容量を差し引いた値を示した図である。【００７８】
ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆの総面積、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの総面積、参照用電極９６の総面積を互いに等しくすれば、これらに対して周囲環境が与える影響はほぼ等しいと考えられる。そこで、電極間静電容量から参照用静電容量を差し引くことで、周囲環境の変化を相殺した電極間静電容量を求めることが出来る。この補正機能は、静電容量測定部８２内のソフトで処理させることもできるし、電子回路で処理させることも出来る。【００７９】
［変形例１］
図２４は、図２，３で説明した実施例の変形例を示す。図１９を参照して説明したように、等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４の間にスペーサ９０を挟む場合や、等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４の対向面の一方又は両方に絶縁コーティングを施す場合は、そのスペーサあるいはコーティングを介して等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４とが当接するように配置することができる。その場合、回転体１０２の回動により等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４はスペーサあるいはコーティングを介して互いに摺動する。【００８０】
このような構成の場合、回転体１０２に異常な外力や衝撃が加えられると、スペーサあるいはコーティングに傷がつき、回転角測定時に検出容量の変動が生じたり、スペーサあるいはコーティングが破損して等間隔電極と相電極間で短絡が生じたりする可能性がある。このような過大な外力や衝撃が与えられても、それを緩和できるように、この変形例ではクッションシート１０６を、回転体１０２と等間隔電極保持板５２との間に挟んで回転体１０２の内側に取り付ける。クッションシート１０６が外部からの衝撃などを吸収するので、スペーサあるいはコーティングの損傷を防ぐことができる。また、等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４との接触圧変化を緩和できるので、外力変化による静電容量の変化を小さくできる。【００８１】
［変形例２］
図２５は、回転入力装置に薄い円筒状の押釦体１０８を設けた場合の分解斜視図である。回転体１０２の回転方向と垂直な方向をｚ方向とすると、押釦体１０８を設けることで、回転入力装置を静電容量回転スイッチに使用した場合、回転操作だけでなく、ｚ方向の操作も検出することが出来る。その結果、より幅広い分野でこの発明を実施することが出来る。具体的な構造を説明する。回転体１０２の中央には、貫通孔１０２ｂが形成されている。押釦体１０８は貫通孔１０２ｂに貫通される。また、相電極保持板６４の中央に弾性金属薄板で上に凸に湾曲形成された円盤状の可動接点５５が配置される。相電極保持板６４上の、その可動接点５５と対向する領域に、固定接点６５が形成されている。【００８２】
図２６Ａ、２６Ｂは固定接点６５が設けられた相電極保持板６４の表側の平面図と、裏側の平面図である。固定接点６５は、中央の第１接点６５ａと、それを間隔を置いて円形に囲む３つの第２接点６５ｂから構成されている。これら３つの第２接点６５ｂの上に可動接点５５の周縁部が載るように可動接点５５は配置されている。従って、第１接点６５ａは可動接点５５の周縁部より内側に位置し、常時は第１接点６５ａと可動接点５５は接触していない。可動接点５５に接触している３つの第２接点は、接続線６６ｂにより互いに接続され、第１接点６５ａに接続された接続線６６ａと共に相電極保持板６４の導出部６４ｃ上を延長して外部に導出されている。【００８３】
押釦体１０８が押圧されると、可動接点５５の中央が弾性的にへこんで固定接点６５の第１接点６５ａと第２接点６５ｂ間を短絡するので、接続線６６ａと６６ｂが電気的に接続される。従って、接点のＯＮ、ＯＦＦを検出することで、押釦体１０８が押圧されたことを検出できる。【００８４】
［変形例３］
図２７は、図２５の構成に対し、更にクリック感発生部１１０が設けられた場合の回転入力装置の分解斜視図であり、図２８Ａ、図２８Ｂはそれぞれ回転体１０２を取り除いた回転入力装置５０の平面図と側面図である。回転体１０２を取り付けた状態での線Ａ−Ａで切った場合の断面図を図２９Ａに示し、線Ｂ−Ｂで切った場合の断面図を図２９Ｂに示す。クリック感発生部１１０を設けることで、使用者が回転体１０２を回転させた時に、クリック感を発生させることが出来る。図２７〜２９中に示すクリック感発生部１１０は、ロータ１１２と線ばね１１４とで構成されている。ロータ１１２の形状は、リング状であり、外周に沿って、三角形状の複数のロータ歯１１２ａが形成されている。ロータ１１２は回転体１０２の裏面に固定され、そのロータ１１２の下面にクッションシート１０６、等間隔電極保持板５２が順次取り付けられている。【００８５】
線ばね１１４は筐体１０４の内周壁面に弾性的に圧接固定されている。線ばね１１４はロータ歯１１２ａに噛み合うように、リングの中心に向かって突出した少なくとも１つの屈曲部１１４ａを有している。従って、回転体１０２を指で回転させると、線ばね１１４の屈曲部１１４ａがロータ歯１１２ａの山と谷を通過するごとに回転に対する抗力の強弱が生じ、それを回転体から感じることができる。図２８Ａの例では、１８０度対向する位置に２つの屈曲部１１４ａを有している。ロータ歯１１２ａと２つの屈曲部１１４ａとを噛み合わせる様に、ロータ１１２と線ばね１１４を結合させることで、クリック感発生部１１０は構成される。なお、図２９に示す例では、押釦体１０８の押圧運動の負担を軽減するための押釦用クッション１０７を付加した場合を示している。【００８６】
以上説明したこの発明の回転入力装置は、例えば携帯電話、ディジタルカメラ、ＰＣ，ＰＤＡなどの電子機器における入力デバイスとして好適な静電容量式回転スイッチに使用され、回転体に取り付けられる等間隔電極に対し接続線を導出しないので長寿命で小型の回転入力装置を実現できる。更に、参照用電極を用いれば、周囲環境の変化による静電容量の変化を補正できるので、より正確に角度を測定できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008132930.tif 000009
【図８】
2008132930.tif 000010
【図９】
2008132930.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2008132930.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2008132930.tif 000018
【図１７】
2008132930.tif 000019
【図１８】
2008132930.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2008132930.tif 000023
【図２２】
2008132930.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2008132930.tif 000026
【図２５】
2008132930.tif 000027
【図２６】
2008132930.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月4日(2009.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】回転入力装置及びそれを使った回転検出装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転式の入力装置に係わり、特に回転情報を入力できる回転入力装置及びそれを使った回転検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａは従来の回転入力装置２の分解斜視図であり、図１Ｂは図１ＡにおいてＢ−Ｂ線で切った断面図である。円盤状の回転体７は絶縁体で形成されており、使用者は指３で回転体７の上面を軽く押さえ、回転体７をスムーズに回転させることができる。従来の回転入力装置２では、指３で回転体７を回転させた角度を検出することが出来る。
【０００３】
図１Ｂに示す筐体４の一部に、回転体７と垂直な方向（以下ｚ方向という）に陥没する操作領域２Ａが設けられている。操作領域２Ａには、例えば８箇所の角度位置に凹部８がそれぞれ形成されている。これらの凹部８内には８つの電極６ａ，６ｂ，６ｃ，…，６ｈがそれぞれ収納されている。各凹部８内の電極６ａ〜６ｈの表面には、絶縁シート５が積層されており、絶縁シート５によって操作領域２Ａの全体が覆われている。
【０００４】
操作領域２Ａの中心に形成された軸受け部１４に回転軸１６が固定され、この回転軸１６に回転体７が回転自在に設けられている。回転体７は、その板厚寸法が１ｍｍ以下と薄く、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）など比較的硬質な樹脂シートで形成されている。
回転体７の直径は操作領域２Ａよりも小さく、回転体７は操作領域２Ａ内において、絶縁シート５の表面を摺動しながら回転することが可能とされている。なお、絶縁シート５と回転体７との間の摩擦抵抗は小さく、回転体７はスムーズに回転することが可能とされている。
【０００５】
従来の回転入力装置２では、図１に示すように、指３を回転体７の表面に軽く押さえた状態で指３を周回させると、指３とともに回転体７が回転させられる。よって、使用者は
回転体７を操作する限りにおいては、指３が操作領域２Ａから大きく外れることを防止することができる。また機械的に回転する部材を操作することができるため、使用者に回転入力装置２を実際に操作しているという感覚（操作感、または操作による安心感）を与えることができる。
【０００６】
次に指３による回転角度の検出方法について説明する。指３を回転体７の表面に接近または接触させると、人体が接地体として作用し、指３と電極６ａ〜６ｈのいずれか１つ又は隣接する複数との間に静電容量Ｃが形成される。平行平板コンデンサの静電容量Ｃは以下の式で表すことができる。
Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ    （１）
ここで、εは電極６と指３との誘電率、Ｓは電極６と指３との間の対向面積、ｄは電極６と指３との間の対向距離である。
【０００７】
指３を回転体７と共に回転させて、例えば電極６ａに接近させると、指３と電極６ａとの対向距離ｄが小さくなり、かつ対向面積Ｓは大きくなる。このため、上記式（１）より、静電容量Ｃの値は大きくなる。逆に、回転により指３を電極６ａから遠ざけると、対向距離ｄは大きくなり、対向面積Ｓは小さくなる。このため、静電容量Ｃの値は小さくなる。
【０００８】
このような静電容量Ｃの値の変化により、回転入力装置２は回転角度を検出することが出来る。この回転入力装置２の詳細については特許文献１に記載されている。また、この回転入力装置２に類似する技術についても特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【０００９】
【特許文献】
【特許文献１】特開２００４−３１１１９６号公報
【特許文献２】特開２００５−１４９８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以下に２つの課題を述べる。
従来の回転入力装置２では、上述の通り、使用者の部位、例えば使用者の指３と電極６との間の静電容量の変化を検出して回転角度を検出するものである。しかし、使用者の指３を回転体７に押さえつける強度や角度によって、対向面積Ｓが大きく変化し、正確な静電容量Ｃを測定することはできない。また使用者の指３の温度変化から誘電率も変化する可能性があるという問題がある。また、回転方向を検出することができないという欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の目的は、検出した静電容量が周囲環境の影響を受けにくい静電容量型の回転入力装置と、それを使った回転検出装置を提供することである。
この発明の第１の観点による回転入力装置は、
筐体と、
前記筐体に対し回転可能に支持された円盤状の回転体と、
第１の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の第1等間隔電極と、前記第１の円と平行な第２の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の第２等間隔電極とを有し、前記回転体に取り付けられた等間隔電極保持板と、ただし、Ｎは１以上の整数であり、前記第１及び第２等間隔電極は互いに電気的に接続されており、
前記第１の円と平行に対向する第３の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたα個のａ相電極と、前記第２の円と平行に対向する第４の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたβ個のｂ相電極と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極にそれぞれ電気的に接
続された第１及び第２導出線とを有し、前記筐体に固定された相電極保持板と、
を含み、ただし、αは１以上の整数、βは１以上の整数であり、
前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板とは、前記第１乃至第４の円の中心がすべて前記回転体の回転中心線上にあり、かつ、当該回転中心線が、前記第１乃至第４の円が作るすべての平面とそれぞれ直交するように配置され、
αが２以上の場合には、任意の２つの前記a相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
βが２以上の場合には、任意の２つの前記ｂ相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
前記第１等間隔電極と前記ａ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置から、前記第２等間隔電極と前記ｂ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置までの角度は、π／Ｎの整数倍から、０より大でπ／Ｎより小の予め決めた角度ωだけずれた角度となるように前記等間隔電極の配列に対し前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配列されている。
【００１２】
この発明の第２の観点による回転入力装置は、
筐体と、
前記筐体に対し回転可能に支持された円盤状の回転体と、
第１の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の等間隔電極を有し、前記回転体に取り付けられた等間隔電極保持板と、ただし、Ｎは１以上の整数であり、前記等間隔電極は互いに電気的に接続されており、
前記第１の円と平行に対向する第２の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたα個のａ相電極と、前記第１の円と平行に対向する第３の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたβ個のｂ相電極と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２導出線とを有し、前記筐体に固定された相電極保持板と、
を含み、ただし、αは１以上の整数、βは１以上の整数であり、
前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板とは、前記第１乃至第３の円の中心がすべて前記回転体の回転中心線上にあり、かつ、当該回転中心線が、前記第１乃至第３の円が作るすべての平面とそれぞれ直交するように配置され、
αが２以上の場合には、任意の２つの前記a相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
βが２以上の場合には、任意の２つの前記ｂ相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
前記等間隔電極と前記ａ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置から、前記等間隔電極と前記ｂ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置までの角度は、π／Ｎの整数倍から、０より大でπ／Ｎより小の予め決めた角度ωだけずれた角度となるように前記等間隔電極の配列に対し前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配列されている。
【００１３】
この発明の第３の観点による回転入力装置は、
筐体と、
前記筐体に対し回転可能に支持された円盤状の回転体と、
第１の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の等間隔電極を有し、前記回転体に取り付けられた等間隔電極保持板と、ただし、Ｎは１以上の整数であり、前記等間隔電極は互いに電気的に接続されており、
前記第１の円と平行に対向する第２の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたα個のａ相電極と、前記第２の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたβ個のｂ相電極と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２導出線とを有し、前記筐体に固定された相電極保持板と、
を含み、ただし、αは１以上の整数、βは１以上の整数であり、
前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板とは、前記第１及び第２の円の中心が前記回転体の回転中心線上にあり、かつ、当該回転中心線が、前記第１及び第３の円が作る平面とそれぞれ直交するように配置され、
αが２以上の場合には、任意の２つの前記a相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
βが２以上の場合には、任意の２つの前記ｂ相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
前記等間隔電極と前記ａ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置から、前記等間隔電極と前記ｂ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置までの角度は、π／Ｎの整数倍から、０より大でπ／Ｎより小の予め決めた角度ωだけずれた角度となるように前記等間隔電極の配列に対し前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配列されている。
【００１４】
この発明の第４の観点による回転検出装置は、
前記いずれかの回転入力装置と、
前記等間隔電極と前記ａ相電極とにより形成されるａ相静電容量および、前記等間隔電極と前記ｂ相電極とにより形成されるｂ相静電容量を前記第１及び第２の導出線を通して測定する静電容量測定部と、
前記ａ相静電容量の測定結果と、前記ｂ相静電容量の測定結果から、前記回転体の回転方向と回転角度の少なくとも一方を計算する角度計算部、
とを含むように構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の回転入力装置によれば、対向し合う電極間の静電容量を測定しているので、使用者の指の回転体を押さえつける強さや角度、使用者の指の温度変化などによる静電容量の変化が極めて小さい。従って、正確に回転角度を測定できる。
また、本発明の回転入力装置を使った回転検出装置によれば、等間隔電極とａ相電極の静電容量の変化、等間隔電極とｂ相電極の静電容量の変化に位相差が生じるので、回転方向を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１Ａは従来の回転入力装置２の斜視図であり、図１Ｂは断面図である。
【図２】図２Ａはこの発明の回転入力装置５０の平面図であり、図２Ｂは側面図であり、図２Ｃは線Ｃ−Ｃ断面図である。
【図３】図２の回転入力装置の要部を斜め上から見た斜視図である。
【図４】図４Ａは相電極保持板と等間隔電極保持板の関係を示す斜め上から見た斜視図、図４Ｂは斜め下から見た斜視図である。
【図５】図５Ａは等間隔電極の簡略化した平面図であり、図５Ｂはａ相電極の簡略化した平面図である。
【図６】回転検出装置８０の構成を示すブロック図である。
【図７】図７Ａは等間隔電極とａ相電極間の対向領域Ｐaを示す図であり、図７Ｂは等間隔電極とｂ相電極間の対向領域Ｐbを示す図である。
【図８】図８Ａは等間隔電極と相電極間の角度位置関係である第１の状態Ｓ１を示す図であり、図８Ｂは第２の状態Ｓ２を示す図であり、図８Ｃは第３の状態Ｓ３を示す図であり、図８Ｄは第４の状態Ｓ４を示す図であり、図８Ｅは静電容量の変化を示す図である。
【図９】図９Ａはａ相電極に対しｂ相電極を回転方向にπ／Ｎの偶数倍ずらした場合の相電極配列を示す図であり、図９Ｂは等間隔電極と図９Ａの相電極の関係である第１の状態Ｓ１を示す図であり、図９Ｃは第２の状態Ｓ２を示す図であり、図９Ｄはこの場合の静電容量の変化を示す図である。
【図１０】図１０Ａはａ相電極に対しｂ相電極を回転方向にπ／Ｎの奇数倍ずらした場
合の相電極配列を示す図であり、図１０Ｂは等間隔電極と図１０Ａの相電極の関係である第１の状態Ｓ１を示す図であり、図１０Ｃは第２の状態Ｓ２を示す図であり、図１０Ｄはこの場合の静電容量の変化を示した図である。
【図１１】図１１Ａは静電容量の変化を示した図であり、図１１ＢはＣａの整形によるパルス波形を示す図であり、図１１ＣはＣｂの整形によるパルス波形を示す図である。
【図１２】図１２Ａはａ相電極、ｂ相電極をそれぞれ１つ設けた場合を示す図であり、図１２Ｂはａ相電極、ｂ相電極を交互に配置させた場合を示す図であり、図１２Ｃはａ相電極とｂ相電極との数が相違する場合を示す図である。
【図１３】図１３Ａはａ相電極とｂ相電極との数が相違する場合の静電容量の変化を示す図であり、図１３Ｂはこの場合のＣａの整形によるパルス波形を示す図であり、図１３Ｃはこの場合のＣｂの整形によるパルス波形を示す図である。
【図１４】変形例２の相電極保持板を簡略化した平面図である。
【図１５】変形例３の等間隔電極保持板の等間隔電極を簡略化して示す平面図である。
【図１６】変形例３の等間隔電極保持板の等間隔電極を簡略化して示す平面図である。
【図１７】変形例４の等間隔電極５６を配置させた図である。
【図１８】変形例５の回転入力装置の断面図である。
【図１９】図１９Ａはスペーサ９０を等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４との間に介在させた場合、回転入力装置５０の要部を上方から見た斜視図であり、図１９Ｂは下方から見た斜視図である。
【図２０】図２０Ａは等間隔電極に絶縁体セグメント９２を設けた場合の等間隔電極保持面５２ａの表面を示す図であり、図２０Ｂは裏面を示す図である
【図２１】ダミー電極９４を設けた場合の相電極の配置を示す図である。
【図２２】図２２Ａは参照用電極９６を設けた場合の相電極保持板６４の表面を示す図であり、図２２Ｂは裏面を示す図である。
【図２３】図２３Ａは電極間静電容量などの変化を示す図であり、図２３Ｂは補正後の電極間静電容量の変化を示す図である。
【図２４】クッション体１０６を設けた場合の回転入力装置の分解斜視図である。
【図２５】押釦体１０８を設けた場合の回転入力装置の分解斜視図である。
【図２６】図２６Ａは押釦体用の固定接点６５を設けた場合の相電極保持板の表面を示す図であり、図２６Ｂは裏面を示す図である。
【図２７】クリック感発生部１１０を設けた場合の回転入力装置の分解斜視図である。
【図２８】図２８Ａは回転体１０２を取り外した状態の回転入力装置の平面図であり、図２８Ｂは側面図である。
【図２９】図２９Ａは図２８Ａにおける回転入力装置を線Ａ−Ａで切った断面図であり、図２９Ｂは線Ｂ−Ｂで切った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、発明を実施するための最良の形態を示す。
【実施例１】
【００１８】
図２Ａ，２Ｂ，２Ｃはこの発明による回転入力装置５０の第１の実施例の上面図と、側面図と、Ｃ−Ｃ断面図を示し、図３は分解斜視図を示す。回転入力装置５０は上面が開放された浅い円筒容器状の筐体１０４と、その筐体１０４の上からかぶせる円筒蓋状の回転体１０２を有している。筐体１０４と回転体１０２は互いに回転摺動自在とされている。回転体１０２の上面には放射状に複数の突条１０２ａが形成されており、この突条が形成された回転体１０２の上面を例えば指で押さえて容易に回転を与えることができる。
【００１９】
筐体１０４内の床面に円形の相電極保持板６４が例えば接着により固定される。そのとき、筐体１０４内の床面に形成された複数の位置決め突起１０４ｂと、相電極保持板６４に形成された複数の位置決め孔６４ｂが互いに嵌合して相電極保持板６４が位置決めされ
る。相電極保持板６４の周縁の一円弧部から導出部６４ｃが筐体１０４の外周壁に形成された切り欠き１０４ａを通して外に延長されている。回転体１０２の底面には外周径がほぼ相電極保持板６４と同じ環状の等間隔電極保持板５２が例えば接着により固定されている。従って、相電極保持板６４に対し等間隔電極保持板５２は回転自在である。
【００２０】
この発明の回転入力装置は、例えば携帯電話、ディジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant)などの特に携帯機器に設けられる入力デバイスとして好適な静電容量式回転スイッチに使用されるものであり、図２，３に示した回転入力装置を携帯機器に実装した場合は、筐体１０４は携帯機器の筐体の一部として構成する場合もある。従って、筐体１０４の形状は図２，３のような円形容器の形状であるとは限らない。
【００２１】
相電極保持板６４の上面には複数の相電極６２が円周上に配列されており、等間隔電極保持板５２の下面にも複数の等間隔電極５６が円周上に配列されている。これら等間隔電極５６と相電極６２は互いに接触しないよう等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４は互いに間隔が保たれて対向している。等間隔電極５６は、相電極６２に対し静電容量を形成する浮遊電極として作用する。相電極６２は導出部６４ｃ上の導出線（後述）を通して導出部６４ｃ上の静電容量測定部８２に接続されている。
【００２２】
図４Ａ，４Ｂは図２及び３に示すこの発明の回転入力装置５０の要部である互いに対向する等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４の構成を示す。図４Ａは等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４を斜め上から見た斜視図であり、図４Ｂは斜め下から見た斜視図である。
【００２３】
等間隔電極保持板５２は、相電極保持板６４に対向した面である等間隔電極保持面５２ａを有する。相電極保持板６４は等間隔電極保持板５２に対向した面である相電極保持面６４ａを有する。等間隔電極保持面５２ａ上にはＮ個（ただし、Ｎは２以上の整数）の等間隔電極が保持され、相電極保持面６４ａ上にはＭ個（ただし、Ｍは２以上の整数）の相電極が保持される。なお、図４に示す例では、Ｎ＝Ｍ＝１２であり、等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌ、相電極６２Ａ〜６２Ｌと称する。また、以下の説明では、１２個の等間隔電極を総合して等間隔電極５６、１２個の相電極を総合して相電極６２と呼ぶこともある。
【００２４】
等間隔電極保持板５２の、等間隔電極保持面５２ａとは反対側の面５２ｂにはリング状の接続線５１が形成されている。各等間隔電極５６は、その電極領域内において等間隔電極保持板５２を貫通して形成されたスルーホール５６ｔを通して、いわゆるバイアホールの手法で接続線５１に接続されている。これにより全ての等間隔電極５６は互いに電気的に接続されて、１つのフローティング電極を形成している。
【００２５】
一方、相電極６２は配列方向に電極６２Ａ〜６２Ｆと電極６２Ｇ〜６２Ｌの２つのグループに分けられ、それぞれのグループに対向するように相電極保持板６４の、電極保持面６４ａとは反対側の面６４ｂには、半円弧状の２つの接続線６１Ａ，６１Ｂが形成されている。各グループの各相電極６２は、その電極領域内において相電極保持板６４を貫通して形成されたスルーホール６２ｔを通して、バイアホール手法により接続線６１Ａ，６１Ｂの対応するものに接続されている。これら２つのグループに接続された２つの接続線６１Ａ，６１Ｂは、それらの一端から導出部６４ｃ上を延長された導出線６１ａ，６１ｂにより前述の静電容量測定部８２に接続されている。
【００２６】
図５Ａは等間隔電極保持面５２ａ上に形成されたＮ個の等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌの配列を簡略化して示す。等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌはそれぞれ、径が異なり、互いに同心の第１及び第２の円５３，５４の間に規定される環状帯を、周方向に等角度間隔で、かつ等
角度幅で放射状に切り取った形状である。従って、各電極はほぼ円弧状四辺形(扇状四辺形)をなしている。図５Ａに示すＮ＝１２の例では各等間隔電極の周方向の角度幅と隣接電極間のギャップ角度幅は等しく、π/12とされているが、配列ピッチ角度2π/Nを保っていれば各電極の周方向角度幅をπ/12より大きくしても小さくしてもよい。
【００２７】
図５Ｂは相電極保持面６４ａ上にある相電極６２Ａ〜６２Ｌの配列を示す。相電極６２Ａ〜６２Ｌも前記第１及び第２の円５３，５４とそれぞれ同じ径で同心の第３及び第４の円６３，６４間に規定される環状帯を放射状に切り取った、それぞれがほぼ円弧状四辺形をなしている。相電極６２は周方向にα個のａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとβ個のｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの２つのグループに分けられている。ただし、α、βは１以上の整数とし、Ｍ＝α＋βである。この図の例では、α＝β＝Ｍ／２＝６である。以下の説明では、ａ相電極を６２Ａ〜６２Ｆとし、ｂ相電極を６２Ｇ〜６２Ｌとする。
【００２８】
各グループ内の相電極の配列角度間隔(ピッチ）は等間隔電極のそれと同じである。各相電極は周方向に同じ円弧角度幅を有し、図５Ｂの例では各グループ内の隣接相電極間のギャップの円弧角度幅も相電極角度幅と等しい。以下の説明ではａ相電極６２Ａ〜６２Ｆをまとめてａ相電極と呼び６２ａで表し、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌをまとめてｂ相電極と呼び６２ｂで表すこともある。
【００２９】
次に、ａ相電極、ｂ相電極の位置関係について説明する。図５Ｂに示すように、第１及び第２の円６３，６４の中心を通り、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆのそれぞれを対称に二分する６本の中心線の任意の１つに対し、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの中心線の角度位置はそれぞれ2mπ/Nから角度ω、ただし０＜ω＜π/N、だけ同じ方向に回転した位置にある（前述したように、ここではＭ＝Ｎ＝１２）。つまり、等間隔電極がａ相電極６２ａと完全に重なるときの等間隔電極保持板５２の角度位置から、等間隔電極６２ｂがｂ相電極と完全に重なるときの等間隔電極保持板５２の角度位置までの角度が、π/Nの整数（０も含む）倍の角度とならないようにされている。理解を容易にするために、π/Nのように、特定の値を使って説明しているが、このような値は理論上の値である。実際には、回転入力装置に求められる精度から許容される範囲の誤差を含むことは言うまでもない。このことは以下の説明についても同様である。このように、ａ相電極６２ａの配列に対し、ｂ相電極６２ｂの配列をωだけ同一方向にずらすことにより、等間隔電極保持板５２の回転方向を検出できる。その理由は後述する。
【００３０】
以上の例では、等間隔電極と相電極の数は等しい場合を説明したが、両者の数が異なってもよい。また、第１及び第２の円５３，５４の直径と第３及び第４の円６３，６４の直径とは等しい場合で説明したが、第１及び第２の円５３，５４で規定される環状帯と、第３及び第４の円で規定される環状帯が同心で、かつ半径方向に重なる領域があれば、径を同じにする必要はない。なお、第１の円５３がなす平面（等間隔電極保持面５２ａ）と第３の円６３がなす平面（相電極保持面６４ａ）は平行である。
【００３１】
図６はこの発明の回転入力装置の使用形態を示す。前述した回転入力装置５０からのａ相電極用の導出線６１ａとｂ相電極用導出線６１ｂは静電容量測定部８２に接続され、等間隔電極５６とａ相電極６２ａとで形成される静電容量（以下、ａ相静電容量Ｃａと呼ぶ）および、等間隔電極５６とｂ相電極６２ｂとで形成される静電容量（以下、ｂ相静電容量Ｃｂと呼ぶ）を測定する。これらアナログ容量は角度計算部８４に与えられ、容量に対応する回転角のディジタル値に変換され、出力される。必要に応じて、角度計算部８４は回転体に与えられた回転に伴うａ相静電容量Ｃａの変化とｂ相静電容量Ｃｂの変化の位相差を検出し、その位相差の正負により回転体の回転方向を判定し、その回転方向(右回り、左回り)を表す信号をスイッチ信号として前記検出回転角度と共に、又はスイッチ信号単独で出力してもよい。
【００３２】
回転入力装置５０と、静電容量測定部８２と、角度計算部８４とは回転検出装置８０を構成し、回転体１０２の回転操作によって得られる出力信号は電子機器の入力データとして使用され、あるいは、電子機器の表示部８６上におけるカーソルの移動、メニューや項目の選択など、制御信号として使用される。なお、静電容量測定部８２及び角度計算部８４は、市販のＩＣ（集積回路）で容易に構成できる。回転入力装置５０としては、後述する回転入力装置のどの実施例又は変形例を使用してもよい。
【００３３】
図７Ａはａ相電極６２Ａと等間隔電極５６Ａとが一部重なっていることを示す図である。斜線を破線で示している領域がａ相電極６２Ａと等間隔電極５６Ａが重なっている部分（以下、対向領域Ｐaと呼ぶ）である。ａ相電極６２Ａと等間隔電極５６Ａにより生じる静電容量Ｃa'は、式(2)で表すことができる。
Ｃa'＝ε・Ｓa/ｄ                      （２）
式(2)のεは相電極６２と等間隔電極５６間にある空間物質（空気及び／又は他の絶縁材）の誘電率を示す。Ｓaは対向領域Ｐaの面積を示す。ｄは相電極６２と等間隔電極５６の対向面間距離を示す。
【００３４】
図７Ａに示すように、対向領域Ｐaが有する弧がなす角度（以下、対向領域角度という）をθaとすると対向領域Ｐaの面積Ｓaは、式(3)で表すことができる。ただし第２の円５４の半径をＲ、第１の円５３の半径をｒとする。
Ｓa＝(πＲ２−πｒ２)θa/2π
＝θa(Ｒ２−ｒ２)/２       （３）
式(3)を式(2)に代入すると、静電容量Ｃa'は式(4)で表すことができる。
Ｃa'＝θaε(Ｒ２−ｒ２)/2ｄ              （４）
【００３５】
式(4)の係数のうち、ε、ｄ、Ｒ、ｒは一定である。また、この例では、ａ相電極は６個あり、それらの等間隔電極との対向領域角度θaは全て等しいことから、Ｃa＝６Ｃa'が成り立つ。よって、
Ｃa＝３θaε(Ｒ２−ｒ２)/ｄ              （５）
となる。つまり、静電容量Ｃaは対向領域角度θaに比例する。同様に、図７Ｂに示すように、ｂ相電極６２Ｇと等間隔電極５６Ｇとが対向している部分を対向領域Ｐbとし、対向領域Ｐbの対向領域角度をθbとすると、以下の式が成り立つ。
Ｃb＝３θbε(Ｒ２−ｒ２)/ｄ              （６）
式(6)より、静電容量Ｃbは対向領域角度θbに比例する。
【００３６】
相電極保持板６４に対し、図４Ａ及び４Ｂにおける等間隔電極保持板５２を時計回りに回転させた４つの状態S1〜S4をそれぞれ図８Ａ〜８Ｄに示す。図８Ｅは等間隔電極保持板５２が回転したときの静電容量の変化を示した図である。縦軸は静電容量Ｃであり、横軸は時間である。ａ相静電容量Ｃaを実線で示し、ｂ相静電容量Ｃbを破線で示す。時間軸に沿って示したS1〜S4は図８Ａ〜８Ｄに示した４つの状態S1〜S4に対応している。
【００３７】
等間隔電極５６とａ相電極６２ａとが完全に対向した時、この例では、θa＝π/12であり、同様に等間隔電極５６とｂ相電極６２ｂとが完全に対向した時、θb＝π/12である。これらのときの静電容量Ｃa、ＣbをＣ１と表すことにする。
【００３８】
まず、図８Ａに示す状態Ｓ１の場合は、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆの各々の半分と等間隔電極５６Ａ〜５６Ｆとが重なっている。よって、ａ相静電容量ＣaはＣ１/２になる。一方、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの各々は、全て等間隔電極５６と重なっているので、ｂ相静電容量ＣbはＣ１になる。
【００３９】
図８Ｂに示す状態Ｓ２は状態Ｓ１の等間隔電極５６がπ/24だけ時計方向に回転した状態である。状態Ｓ２では、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆの全ての部分が等間隔電極５６と重なっている。よって、ａ相静電容量ＣaはＣ１になる。一方、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの各々の半分が等間隔電極５６と重なっている。よって、ｂ相静電容量ＣbはＣ１/２になる。
【００４０】
図８Ｃに示す状態Ｓ３は状態Ｓ２の等間隔電極５６がπ/24だけ時計方向に回転した状態である。状態Ｓ３では、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆのそれぞれ半分が等間隔電極５６と重なっている。よって、ａ相静電容量ＣaはＣ１/２になる。一方、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌと等間隔電極５６とは全く重なっていない。よって、ｂ相電極容量Ｃbは０である。
【００４１】
図８Ｄに示す状態Ｓ４は状態Ｓ３の等間隔電極５６がπ/24だけ時計方向に回転した状態である。状態Ｓ４では、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆと等間隔電極５６とは全く重なっていない。よってａ相静電容量Ｃaは０になる。一方、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの各々の半分が等間隔電極５６と重なっている。よって、ｂ相電極容量ＣbはＣ１/２になる。
【００４２】
上述のように、静電容量Ｃは対向領域角度θに比例する。従って、理論的には、等間隔電極保持板５２の回転に応じて、静電容量Ｃa、Ｃbは直線的に増加、減少する三角波形となるはずであるが、現実には、電極パターン精度や周囲物体との浮遊容量などの影響により、図８Ｅに示すＨ１、Ｈ２のように最大点及び最小点近傍が丸みを帯びたようになる。
【００４３】
静電容量測定部８２は、図８Ｅのような静電容量Ｃa、Ｃbに対応する信号を出力する。図８Ｅの例では、ａ相静電容量Ｃaの変化の位相がｂ相静電容量Ｃbの変化の位相より早い場合は、図６における角度計算部８４は、反時計回りに回転したことを検出できる。また、ａ相静電容量Ｃaの変化の位相がｂ相静電容量Ｃbの変化の位相より遅れる場合は、角度計算部８４は、時計回りに回転したことを検出できる。
【００４４】
しかし、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌが、互いに同じ周方向にπ／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあると、角度計算部８４は等間隔電極保持板５２の回転方向を検出することができない。例えば、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌが互いに同じ周方向にπ／Ｎの偶数倍ずれた場合、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌは、図９Ａに示すように配置される。つまり、相電極保持板を半径方向に２等分する直線Ｙ（一点鎖線で示す）に対して、ａ相電極とｂ相電極の配置が左右対称になっている。
【００４５】
まず、図９Ｂに示す状態Ｓ１では、全ての等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌの全ての領域が相電極６２Ａ〜６２Ｌに重なる。従って、ａ相静電容量Ｃa、ｂ相静電容量Ｃbともに最大値Ｃ１になる。次に図９Ｃに示すように相電極保持板６４に対し等間隔電極保持板５２が時計方向にπ/12回転した状態を状態Ｓ２とする。この状態Ｓ２では全ての等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌが相電極６２Ａ〜６２Ｌと全く重ならないので、ａ相静電容量Ｃa、ｂ相静電容量Ｃbともに最小値０になる。従って、静電容量測定部８２が測定するａ相静電容量Ｃaとｂ相静電容量Ｃbは、図９Ｄに示すように常に一致している。角度計算部８４は図９Ｄに示す静電容量Ｃa、Ｃbの変化を得たとしても、回転方向を検出することが出来ない。
【００４６】
また、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌが互いに同じ周方向にπ/Ｎの奇数倍ずれた場合は、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌは、図１０Ａに示すように配置される。
【００４７】
まず、状態Ｓ１では、図１０Ｂに示すように、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆと等間隔電極とは全く重ならないので、ａ相静電容量Ｃaは０になる。一方、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの全ての領域が等間隔電極と重なるので、ｂ相静電容量ＣbはＣ１になる。また等間隔電極
保持板５２がπ／１２だけ時計方向に回転した状態を状態Ｓ２として図１０Ｃに示す。状態Ｓ２では、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆの全ての領域が等間隔電極と重なるので、ａ相静電容量ＣaはＣ１になる。一方、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌと等間隔電極とは全く重ならないので、ｂ相静電容量Ｃbは０になる。
【００４８】
従って、静電容量測定部８２が測定するａ相静電容量Ｃaおよびｂ相静電容量Ｃbは共に図１０Ｄに示すようになる。角度計算部８４は図１０Ｄに示す静電容量Ｃa、Ｃbの変化を得たとしても、位相がちょうどπずれているため、回転方向を検出することが出来ない。
【００４９】
このように、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌが、互いに同一周方向にπ／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあると、角度計算部８４は等間隔電極保持板５２の回転方向を検出することができない。これに対し、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌを互いに同一周方向にπ／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にしないことで、回転方向に依存した静電容量Ｃaの変化と静電容量Ｃbの変化との間に０又はπの整数倍のいずれでもない位相差が生じる。そしてその位相差の正、負によって、回転方向を認識できる。
【００５０】
次に角度計算部８４による回転角度の検出について説明する。図１１Ａは等間隔電極保持板５２が２πだけ、回転した場合の静電容量Ｃa、Ｃbの変化を示したものである。
まず、ａ相静電容量Ｃa、ｂ相静電容量Ｃbの値をディジタル化する。具体的には、例えば、静電容量Ｃ１／２を閾値γとし、閾値γより静電容量が大きければ"1"の値にし、小さければ"0"の値にする。そうすると、ａ相静電容量から図１１Ｂに示すパルス波形を得ることができ、１パルス周期は、等間隔電極保持板５２の回転角度π/６に相当する。従って、角度計算部８４がパルス数を計測することで、回転角度を検出することが出来る。なお、図１１Ｃは、ｂ相静電容量Ｃbをディジタル化して生成されたパルス波形である。
【００５１】
つまり、本実施例のように、ａ相電極６２ａ同士を互いに、回転方向に2π/Ｎの整数倍の角度ずれた位置にし、ｂ相電極６２ｂ同士も互いに、回転方向に2π/Ｎの整数倍の角度ずれた位置にする。また、等間隔電極とａ相電極とが最も重なり合う時の等間隔電極保持板５２の角度位置から、等間隔電極とｂ相電極とが最も重なり合うときの等間隔電極保持板５２の角度位置までの角度は、π/Ｎの整数倍とならないようにａ相電極とｂ相電極の角度位置関係を選ぶ。別の表現をすれば、任意の１つのａ相電極の角度位置から任意の１つのｂ相電極の角度位置までの同一周方向の角度がπ/Ｎの整数倍とならないようにａ相電極の配列に対しｂ相電極の配列を決めている。このように配置すれば、角度計算部８４は、ＣaとＣbの関係から回転方向及び回転角度を検出することが出来る。
【００５２】
［変形例１］
次に、実施例１の変形例を説明する。図１２Ａ〜１２Ｃは、相電極保持板６４の３種類の変形例におけるａ相電極、ｂ相電極の配置を簡略化して示す。
図１２Ａのように、ａ相電極、ｂ相電極を１つずつ（図１２Ａではそれぞれ、６２Ｆ、６２Ｇと記載）にすることも出来る。この場合は、静電容量測定部８２が測定するａ相静電容量Ｃa、ｂ相静電容量Ｃbの値は小さくなる問題がある。しかし、高い測定精度が求められない場合には、このような構成も有り得る。
【００５３】
また図１２Ｂに示すようにａ相電極とｂ相電極を交互に配置させることもできる。この場合も、上述のようにａ相電極同士、ｂ相電極同士をそれぞれ接続線６１Ａ，６１Ｂにより電気的に接続させ、ａ相電極とｂ相電極とは電気的に接続させない。この場合は、ａ相静電容量Ｃa、ｂ相静電容量Ｃbはともに、図１１Ａに示すように変化するので、角度計算部８４は回転角度と回転方向を検出することができる。
【００５４】
図１２Ｃに示すように、ａ相電極とｂ相電極の数を異ならせることも出来る。図１２Ｃの例では、ｂ相電極の数をａ相電極の数より１つ少なくし、かつ、ａ相電極とｂ相電極を交互に配置させた例である。この場合は、図１３Ａに示すように、ａ相電極の静電容量Ｃaの最高値Ｃamaxはｂ相電極の静電容量Ｃbmaxより大きくなる。このような場合でも、ａ相静電容量の閾値γaをＣamax/2とし、ｂ相静電容量の閾値γbをＣbmax/2とすることで、静電容量Ｃa、Ｃbのディジタル値の位相を図１３Ｂ、１３Ｃに示すように、正しく検出することができる。従って、角度計算部８４は回転角度の検出も出来る。
【００５５】
［変形例２］
図１４は第１実施例における相電極保持板６４が有する相電極６２の変形例を簡略化して示した平面図である。図１４に示すように、第３の円６３に外接して周方向にａ相電極を等間隔に設け、第４の円６４に内接して周方向にｂ相電極を等間隔に設ける。この場合、等間隔電極保持板５２は、図５Ａに示すものと同じでよい。
【００５６】
図１４に示す例では、上述したａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌに、更に６個のａ相電極６２Ｍ〜６２Ｒ、６個のｂ相電極６２Ｓ〜６２Ｘがそれぞれ追加されている。つまり、ａ相電極、ｂ相電極が共に１２個である。ａ相電極の等角度間隔配列に対し、ｂ相電極の配列は同一周方向にω、０＜ω＜π/N、だけずらされている。ただし、Ｎは等間隔電極数であり、この例ではＮ＝１２である。ａ相電極の半径方向の幅とｂ相電極の半径方向の幅の和は、円６３と６４間の環状帯幅より小とされており、従って、半径方向においてａ相電極とｂ相電極は接触していない。
【００５７】
必要であれば、各ａ相電極の面積が対応する１つのｂ相電極の面積と等しくなるよう、それら電極の半径方向の幅を決めてもよいし、それら半径方向の電極幅を等しくし、図１３で説明したように検出容量に対する閾値γa、γbを電極面積に応じて決めてもよい。図１４の変形例では、ａ相電極がｂ相電極より内側に配置されている例を示したが、ａ相電極をｂ相電極より外側に配置させてもよい。図示していないが、隣接するａ相電極間、ｂ相電極間はそれぞれ、電気的に接続されているが、ａ相電極とｂ相電極とは電気的に接続されない。
【００５８】
このように、図５Ａの等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌがａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、６２Ｍ〜６２Ｒと最も重なり合う等間隔電極保持板５２の角度位置から、等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌがｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌ、６２Ｓ〜６２Ｘと最も重なり合う等間隔電極保持板５２の角度位置までの角度がπ/Ｎの整数倍（０も含む）とならないようにａ相電極、ｂ相電極は配置される。このように配置しても、実施例１と同じ効果が得られる。
【００５９】
［変形例３］
図１５は第１実施例における等間隔電極保持板５２上に形成される等間隔電極５６の配列の変形例を簡略化して示し、図１６はその等間隔電極５６に対する相電極保持板６４上に形成される相電極６２の配列を簡略化して示す。
【００６０】
等間隔電極保持板５２は、１２個の等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌに更に１２個の等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘが追加され、合計２４個の等間隔電極５６Ａ〜５６Ｘで構成されている。この例では、１２個の第1等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌが第１の円５３に外接して周方向に等間隔に配置され、１２個の第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘが第１の円５３と同心の第２の円５４に内接して周方向に等間隔に配置される。第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌの配列と第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘの配列は半径方向に間隙が設けられているが、第１及び第２等間隔電極は全て図示してない接続線により互いに電気的に接続されている。
【００６１】
図１５に示すように、第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌの配列に対し、第２等間隔電極５
６Ｍ〜５６Ｘの配列は同じ周方向にω（０＜ω＜π/Ｎ）だけずらされている。つまり、変形例２（図１４）で説明したａ相電極とｂ相電極をそれぞれ、第１等間隔電極と第２等間隔電極に置き換えたものと配列は同じである。
【００６２】
図１５に示した等間隔電極配列に対する相電極保持板６４上の相電極５６は、図１６に示すように、１２個のａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、６２Ｍ〜６２Ｒと、１２個のｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌ、６２Ｓ〜６２Ｘとで構成される。第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌと同じ半径方向幅を有する１２個のａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、６２Ｍ〜６２Ｒは、第１の円５３と同じ径の第３の円６３に外接して周方向に等角度間隔で配列されている。また、第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘと同じ半径方向幅を有する１２個のｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌと６２Ｓ〜６２Ｘは、第２の円５４と同じ径の第４の円６４に内接して周方向に等角度間隔に、かつａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、６２Ｍ〜６２Ｒと同じ周方向角度位置に配列されている。
【００６３】
図１５，１６による等間隔電極と相電極の配列により、第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌとａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、６２Ｍ〜６２Ｒとが最も重なり合う等間隔電極保持板５２の角度位置から、第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘとｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌ、６２Ｓ〜６２Ｘとが最も重なり合う等間隔電極保持板５２の角度位置までの角度が、π／Ｎの整数倍とは異なる角度となるようにする。このような電極配列によっても実施例１と同じ効果が得られる。
【００６４】
［変形例４］
図１７は、変形例３における図１５で示した第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌと第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘのそれぞれ対向円弧が重なるよう半径方向幅を大きくして一体化した等間隔電極５６Ａ'〜５６Ｌ'を示している。図１７の等間隔電極５６Ａ'〜５６Ｌ'に対する相電極は図１６と同じものを使用できる。この変形例でも、実施例１と同じ効果を得られる。
【００６５】
［変形例５］
図１４，１５で示した変形例３では、第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌの配列と第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘの配列が同一平面上であり、また、ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ，６２Ｍ〜６２Ｒの配列とｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌ，６２Ｓ〜６２Ｘの配列とが同一平面上にある場合を説明した。しかし、これら４つの電極配列を全て異なる平面上に設けても良い。図１８に示す変形例５はその例である。
【００６６】
図１８の変形例は、例えばマウス用ホイールのような回転入力装置として使用できるものである。この回転入力装置は図１８に断面で示すように、２つの筐体側壁１０４Ａ，１０４Ｂ間に回転軸１０２Ｃを有する円盤状回転体１０２が収容され、回転軸１０２Ｃは筐体側壁１０４Ａ，１０４Ｂの内壁面に形成された軸受け穴１０４ｃにより回転可能に支持されている。回転体１０２の外周部は筐体側壁１０４Ａ，１０４Ｂの一端間に形成されたスリット１０４Ｓを通して外に突出している。回転体１０２の外周縁には回転軸と平行に延びる突条１０２ａが周方向に一定間隔で形成されている。図１４に示したａ相電極６２Ａ〜６２Ｆ、６２Ｍ〜６２Ｒは図１８において筐体側壁１０４Ａの内壁面に固定された円形のａ相電極保持板６４Ａの上面にａ相電極６２ａとして形成されている。図１４に示したｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌ、６２Ｓ〜６２Ｘは筐体側壁１０４Ｂの内壁面に固定された円形のｂ相電極保持板６４Ｂの上面にｂ相電極６２ｂとして形成されている。
【００６７】
一方、図１５に示した第１等間隔電極５６Ａ〜５６Ｌは、円盤状回転体１０２の、筐体側壁１０４Ａ側の面に固定された環状の第１等間隔電極保持板５２Ａの上面に第１等間隔電極５６ａとして形成されている。また、図１５に示した第２等間隔電極５６Ｍ〜５６Ｘは、円盤状回転体１０２の、筐体側壁１０４Ｂ側の面に固定された環状の第２等間隔電極
保持板５２Ｂの上面に第１等間隔電極５６ｂとして形成されている。
【００６８】
第１等間隔電極５６ａの配列とａ相電極６２ａの配列は、回転軸１０２Ｃの中心線上に中心を有する同じ径の円周上で互いに平行に対向しており、第２等間隔電極５６ｂの配列とｂ相電極６２ｂの配列は回転軸１０２Ｃの中心線上に中心を有する前記と同じ径の円周上で互いに平行に対向している。全てのａ相電極を互いに接続した図示してない接続線は、ａ相電極保持板６４Ａの外周から延長された導出部６４Ａｃ上を延長して導出される。同様に、全てのｂ相電極を互いに接続した図示してない接続線は、ｂ相電極保持板６４Ｂの外周から延長された導出部６４Ｂｃ上を延長して導出される。
【００６９】
この変形例においても、第１等間隔電極とａ相電極とが最も重なり合うときの回転体１０２の角度位置から、第２等間隔電極とｂ相電極とが最も重なり合うときの回転体１０２の角度位置までの角度が、π/Ｎの整数倍とならないようにそれぞれ配置されるので、実施例１と同じ効果を得られる。【実施例２】
【００７０】
実施例２では、図４の構成において、図１９Ａ、１９Ｂに示すように、等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４との間にスペーサ９０を介在させる。図１９Ａおよび１９Ｂは、等間隔電極保持板５２とスペーサ９０と相電極保持板６４とを斜め上から見た斜視図と、斜め下から見た斜視図である。
【００７１】
静電容量を大きくするため、式（２）中のｄの値を小さくしても、等間隔電極５６と相電極６２とを短絡させてはならない。また、ｄを大きくすれば、静電容量が小さくなり、測定精度が低下する。また、距離ｄが変動すると静電容量も変動するので、距離ｄは常に一定に保つことが望ましい。そこで、等間隔電極５６と相電極６２の間に円形のスペーサ(絶縁シート)９０を設けることで、外部から衝撃が加わった場合でも、距離ｄを一定に保つことができる。なお、耐久性の問題から、スペーサを厚くすることや２枚用いることもできる。更に、電極やスペーサの間に、空気が入ると、誘電率の低い部分が局所的に生じてしまい、正確な静電容量の測定ができなくなるので、スペーサの表面にグリス等を塗布してもよい。
【００７２】
また、スペーサ９０を設ける代わりに、グリス等を電極の上から一方又は両方の電極保持板５２，６４の表面に塗布するか、潤滑性の樹脂をコーティングすることでも、等間隔電極５６と相電極６２との接触を防ぎ、耐久性を向上させることができる。
また、スペーサ９０は、相電極保持板６４上に接着などにより固定させても良いし、等間隔電極保持板５２上に固定しても良い。また、図１８の変形例の場合は、第１等間隔電極保持板５２Ａとａ相電極保持板６４Ａとの間と、第２等間隔電極保持板５２Ｂとｂ相電極保持板６４Ｂとの間にそれぞれスペーサ９０を設ける。
【００７３】
スペーサ（絶縁シート）としては、カバーレイ、レジスト、フレキシブル基板などの素材を用いることができる。
【実施例３】
【００７４】
実施例３は実施例１における回転入力装置の等間隔電極保持板５２の隣接等間隔電極５６間に絶縁体セグメント９２を設け、相電極保持板６４の隣接相電極６２間にダミー電極を設けたものである。図２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ絶縁体セグメント９２を設けた場合の等間隔電極保持板５２の表側と裏側を示した平面図である。この実施例によれば、等間隔電極５６の配列方向における電極がある部分とない部分との凹凸を減らすことができる。絶縁体セグメント９２は、例えばレジストなどで形成すればよい。
【００７５】
図２１は、相電極保持板６４上の相電極の配列方向における隣接相電極６２間にダミー
電極９４を設けた例を示す平面図である。各ダミー電極９４もスルーホール９４ｔを介して裏面の接続線９３Ａ，９３Ｂにより、隣接するダミー電極９４と電気的に接続されている。ダミー電極９４は、例えば銅箔パターンで形成される。ダミー電極９４は接続線９３Ａ，９３Ｂ及び導出線９３ａ，９３ｂを通して接地（ＧＮＤ）電位に接続される。ダミー電極９４を設けることにより相電極保持板６４の両面の凹凸を減らしたり、静電容量検出感度を高めることができる。
【実施例４】
【００７６】
実施例４は実施例１の回転入力装置における相電極保持板６４に参照用電極９６を設けたものである。図２２Ａ、２２Ｂは相電極保持板６４に参照用電極９６を設けた場合の表側の平面図と裏側の平面図である。図２２の例では相電極保持板６４の、相電極６２が形成された面に３つの参照用電極９６が設けられ、互いにスルーホール９６ｔを介して裏面の接続線９５により電気的に接続されている。この接続線９５は導出線９５ｃを通して静電容量測定部８２に接続されており、静電容量測定部８２は参照用電極９６の浮遊静電容量も測定することができる。参照用電極９６は、例えば図２２に示すように、相電極６２の円形配列の内側に配置される。参照用電極９６の総面積は、ａ相電極の総面積(従って、ｂ相電極の総面積)と等しくなるようにされている。
【００７７】
測定される静電容量には相電極と周囲物体、例えば使用者の手、との間の浮遊容量も含まれている。この浮遊容量は相電極と周囲物体間の距離や誘電率に依存して変化する。その誘電率自体も外部の温度変化によって変化する。測定静電容量に影響を与えるこれら様々な変化の要因を総称して環境変化と呼ぶことにする。従って、環境の変化によって、ａ相静電容量Ｃａの測定値やｂ相静電容量Ｃｂの測定値は変動する。参照用電極９６の目的は、環境の変化による静電容量の変化を補正することである。参照用電極９６により環境変化による静電容量変化を検出して、ａ相静電容量Ｃａ及びｂ相静電容量Ｃｂを補正することにより、静電容量測定部８２は正確なａ相静電容量Ｃａやｂ相静電容量Ｃｂを測定することができる。以下に、この補正の原理を説明する。
【００７８】
図２３Ａは相電極と等間隔電極との間の静電容量（Ｃａ又はＣｂ、以下、電極間静電容量という）を実線で示し、参照用電極９６に発生した浮遊静電容量（以下、参照用静電容量という）を破線で示したものである。縦軸は静電容量の値であり、横軸は時間である。図２３Ｂは電極間静電容量から参照用静電容量を差し引いた値を示した図である。
【００７９】
ａ相電極６２Ａ〜６２Ｆの総面積、ｂ相電極６２Ｇ〜６２Ｌの総面積、参照用電極９６の総面積を互いに等しくすれば、これらに対して周囲環境が与える影響はほぼ等しいと考えられる。そこで、電極間静電容量から参照用静電容量を差し引くことで、周囲環境の変化を相殺した電極間静電容量を求めることが出来る。この補正機能は、静電容量測定部８２内のソフトで処理させることもできるし、電子回路で処理させることも出来る。
【００８０】
［変形例１］
図２４は、図２，３で説明した実施例の変形例を示す。図１９を参照して説明したように、等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４の間にスペーサ９０を挟む場合や、等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４の対向面の一方又は両方に絶縁コーティングを施す場合は、そのスペーサあるいはコーティングを介して等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４とが当接するように配置することができる。その場合、回転体１０２の回動により等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４はスペーサあるいはコーティングを介して互いに摺動する。
【００８１】
このような構成の場合、回転体１０２に異常な外力や衝撃が加えられると、スペーサあるいはコーティングに傷がつき、回転角測定時に検出容量の変動が生じたり、スペーサあ
るいはコーティングが破損して等間隔電極と相電極間で短絡が生じたりする可能性がある。このような過大な外力や衝撃が与えられても、それを緩和できるように、この変形例ではクッションシート１０６を、回転体１０２と等間隔電極保持板５２との間に挟んで回転体１０２の内側に取り付ける。クッションシート１０６が外部からの衝撃などを吸収するので、スペーサあるいはコーティングの損傷を防ぐことができる。また、等間隔電極保持板５２と相電極保持板６４との接触圧変化を緩和できるので、外力変化による静電容量の変化を小さくできる。
【００８２】
［変形例２］
図２５は、回転入力装置に薄い円筒状の押釦体１０８を設けた場合の分解斜視図である。回転体１０２の回転方向と垂直な方向をｚ方向とすると、押釦体１０８を設けることで、回転入力装置を静電容量回転スイッチに使用した場合、回転操作だけでなく、ｚ方向の操作も検出することが出来る。その結果、より幅広い分野でこの発明を実施することが出来る。具体的な構造を説明する。回転体１０２の中央には、貫通孔１０２ｂが形成されている。押釦体１０８は貫通孔１０２ｂに貫通される。また、相電極保持板６４の中央に弾性金属薄板で上に凸に湾曲形成された円盤状の可動接点５５が配置される。相電極保持板６４上の、その可動接点５５と対向する領域に、固定接点６５が形成されている。
【００８３】
図２６Ａ、２６Ｂは固定接点６５が設けられた相電極保持板６４の表側の平面図と、裏側の平面図である。固定接点６５は、中央の第１接点６５ａと、それを間隔を置いて円形に囲む３つの第２接点６５ｂから構成されている。これら３つの第２接点６５ｂの上に可動接点５５の周縁部が載るように可動接点５５は配置されている。従って、第１接点６５ａは可動接点５５の周縁部より内側に位置し、常時は第１接点６５ａと可動接点５５は接触していない。可動接点５５に接触している３つの第２接点は、接続線６６ｂにより互いに接続され、第１接点６５ａに接続された接続線６６ａと共に相電極保持板６４の導出部６４ｃ上を延長して外部に導出されている。
【００８４】
押釦体１０８が押圧されると、可動接点５５の中央が弾性的にへこんで固定接点６５の第１接点６５ａと第２接点６５ｂ間を短絡するので、接続線６６ａと６６ｂが電気的に接続される。従って、接点のＯＮ、ＯＦＦを検出することで、押釦体１０８が押圧されたことを検出できる。
【００８５】
［変形例３］
図２７は、図２５の構成に対し、更にクリック感発生部１１０が設けられた場合の回転入力装置の分解斜視図であり、図２８Ａ、図２８Ｂはそれぞれ回転体１０２を取り除いた回転入力装置５０の平面図と側面図である。回転体１０２を取り付けた状態での線Ａ−Ａで切った場合の断面図を図２９Ａに示し、線Ｂ−Ｂで切った場合の断面図を図２９Ｂに示す。クリック感発生部１１０を設けることで、使用者が回転体１０２を回転させた時に、クリック感を発生させることが出来る。図２７〜２９中に示すクリック感発生部１１０は、ロータ１１２と線ばね１１４とで構成されている。ロータ１１２の形状は、リング状であり、外周に沿って、三角形状の複数のロータ歯１１２ａが形成されている。ロータ１１２は回転体１０２の裏面に固定され、そのロータ１１２の下面にクッションシート１０６、等間隔電極保持板５２が順次取り付けられている。
【００８６】
線ばね１１４は筐体１０４の内周壁面に弾性的に圧接固定されている。線ばね１１４はロータ歯１１２ａに噛み合うように、リングの中心に向かって突出した少なくとも１つの屈曲部１１４ａを有している。従って、回転体１０２を指で回転させると、線ばね１１４の屈曲部１１４ａがロータ歯１１２ａの山と谷を通過するごとに回転に対する抗力の強弱が生じ、それを回転体から感じることができる。図２８Ａの例では、１８０度対向する位置に２つの屈曲部１１４ａを有している。ロータ歯１１２ａと２つの屈曲部１１４ａとを
噛み合わせる様に、ロータ１１２と線ばね１１４を結合させることで、クリック感発生部１１０は構成される。なお、図２９に示す例では、押釦体１０８の押圧運動の負担を軽減するための押釦用クッション１０７を付加した場合を示している。
【００８７】
以上説明したこの発明の回転入力装置は、例えば携帯電話、ディジタルカメラ、ＰＣ，ＰＤＡなどの電子機器における入力デバイスとして好適な静電容量式回転スイッチに使用され、回転体に取り付けられる等間隔電極に対し接続線を導出しないので長寿命で小型の回転入力装置を実現できる。更に、参照用電極を用いれば、周囲環境の変化による静電容量の変化を補正できるので、より正確に角度を測定できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体に対し回転可能に支持された円盤状の回転体と、
第１の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の第1等間隔電極と、前記第１の円と平行な第２の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の第２等間隔電極とを有し、前記回転体に取り付けられた等間隔電極保持板と、ただし、Ｎは１以上の整数であり、前記第１及び第２等間隔電極は互いに電気的に接続されており、
前記第１の円と平行に対向する第３の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたα個のａ相電極と、前記第２の円と平行に対向する第４の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたβ個のｂ相電極と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２導出線とを有し、前記筐体に固定された相電極保持板と、
を含み、ただし、αは１以上の整数、βは１以上の整数であり、
前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板とは、前記第１乃至第４の円の中心がすべて前記回転体の回転中心線上にあり、かつ、当該回転中心線が、前記第１乃至第４の円が作るすべての平面とそれぞれ直交するように配置され、
αが２以上の場合には、任意の２つの前記a相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
βが２以上の場合には、任意の２つの前記ｂ相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
前記第１等間隔電極と前記ａ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置から、前記第２等間隔電極と前記ｂ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置までの角度は、π／Ｎの整数倍から、０より大でπ／Ｎより小の予め決めた角度ωだけずれた角度となるように前記等間隔電極の配列に対し前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配列されている回転入力装置。
【請求項２】
筐体と、
前記筐体に対し回転可能に支持された円盤状の回転体と、
第１の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の等間隔電極を有し、前記回転体に取り付けられた等間隔電極保持板と、ただし、Ｎは１以上の整数であり、前記等間隔電極は互いに電気的に接続されており、
前記第１の円と平行に対向する第２の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたα個のａ相電極と、前記第１の円と平行に対向する第３の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたβ個のｂ相電極と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２導出線とを有し、前記筐体に固定された相電極保持板と、
を含み、ただし、αは１以上の整数、βは１以上の整数であり、
前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板とは、前記第１乃至第３の円の中心がすべて前記回転体の回転中心線上にあり、かつ、当該回転中心線が、前記第１乃至第３の円が作るすべての平面とそれぞれ直交するように配置され、
αが２以上の場合には、任意の２つの前記a相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
βが２以上の場合には、任意の２つの前記ｂ相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
前記等間隔電極と前記ａ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置から、前記等間隔電極と前記ｂ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置までの角度は、π／Ｎの整数倍から、０より大でπ／Ｎより小の予め決めた角度ωだけずれた角度となるように前記等間隔電極の配列に対し前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配列されている回転入力装置。
【請求項３】
筐体と、
前記筐体に対し回転可能に支持された円盤状の回転体と、
第１の円に沿って等間隔に配置されたＮ個の等間隔電極を有し、前記回転体に取り付けられた等間隔電極保持板と、ただし、Ｎは１以上の整数であり、前記等間隔電極は互いに電気的に接続されており、
前記第１の円と平行に対向する第２の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたα個のａ相電極と、前記第２の円に沿って配置され、互いに電気的に接続されたβ個のｂ相電極と、前記ａ相電極と前記ｂ相電極にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２導出線とを有し、前記筐体に固定された相電極保持板と、
を含み、ただし、αは１以上の整数、βは１以上の整数であり、
前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板とは、前記第１及び第２の円の中心が前記回転体の回転中心線上にあり、かつ、当該回転中心線が、前記第１及び第３の円が作る平面とそれぞれ直交するように配置され、
αが２以上の場合には、任意の２つの前記a相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
βが２以上の場合には、任意の２つの前記ｂ相電極は、互いに前記第２の円の円周上で２π／Ｎの整数倍の角度ずれた位置にあり、
前記等間隔電極と前記ａ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置から、前記等間隔電極と前記ｂ相電極とが最も重なり合うときの前記等間隔電極保持板の回転角度位置までの角度は、π／Ｎの整数倍から、０より大でπ／Ｎより小の予め決めた角度ωだけずれた角度となるように前記等間隔電極の配列に対し前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配列されている回転入力装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、Ｎは偶数であり、α＝β＝Ｎ／２である。
【請求項５】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、前記等間隔電極保持板と前記相電極保持板との間にスペーサが介在されている。
【請求項６】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、前記等間隔電極保持板の前記等間隔電極が配置されている面と前記相電極保持板の前記ａ相電極と前記ｂ相電極が配置されている面のうち少なくとも一方に絶縁シートが装着されている。
【請求項７】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、前記等間隔電極保持板には隣接する前記等間隔電極間に絶縁体セグメントが配置されている。
【請求項８】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、前記相電極保持板には
、隣接する前記ａ相電極間に互いに電気的に接続された第１ダミー電極が設けられ、隣接する前記ｂ相電極の間に互いに電気的に接続された第２ダミー電極が設けられている。
【請求項９】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、前記相電極保持板に、静電容量の周囲環境による変動を補正する参照用電極が配置されている。
【請求項１０】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、前記回転体と前記等間隔電極保持板との間にクッション体が介在されている。
【請求項１１】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、
更に、前記回転体の中央に形成された貫通穴に装着され、前記回転中心線方向に押圧される押釦体と、
前記相電極保持板上に形成され、前記ａ相電極と前記ｂ相電極の配列の中心に配置された第１固定接点と、
前記ａ相電極と前記ｂ相電極の配列と前記第１固定接点の間に配置された第２固定接点と、
弾性金属により形成され、前記第１固定接点の上を覆い、前記第２固定接点上に載せられた湾曲円盤状の可動接点、
とを更に含み、前記押釦体が押されることで、前記可動接点が前記第１固定接点と前記第２固定接点とを電気的に接続可能とされている。
【請求項１２】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置において、更に、前記回転体に固定され、外周に歯を有するロータと、前記筐体に保持され、前記ロータの歯と弾性的に係合する突出部を有するリング状の線ばねとを含むクリック感発生部を備えている。
【請求項１３】
請求項１，２又は３のいずれかに記載の回転入力装置と、
前記等間隔電極と前記ａ相電極とにより形成されるａ相静電容量および、前記等間隔電極と前記ｂ相電極とにより形成されるｂ相静電容量を前記第１及び第２の導出線を通して測定する静電容量測定部と、
前記ａ相静電容量の測定結果と、前記ｂ相静電容量の測定結果から、前記回転体の回転方向と回転角度の少なくとも一方を計算する角度計算部、
とを含む回転検出装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2008132930.tif 000032
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2008132930.tif 000033
【国際調査報告】
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2008132930.tif 000035
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