JP7533831B2 - 入力装置、及び、入力判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、入力装置、及び、入力判定方法に関する。

従来より、電気的に接続可能に対向して配置され、一方が操作対象となる電極を有する電極部と、前記対向する電極部間に配設され、導電体の入力手段による前記操作対象の電極部に対する圧力に応じて電気抵抗が変化する感圧層と、を備えた入力部における静電容量と圧力の変化を検出して、前記入力手段の操作状態、操作位置及び操作圧力を算出する入力装置がある（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１２／１７６７４８号

ところで、対向する電極部間の静電容量はノイズの影響を大きく受けて変化する。また、対向する電極部間の静電容量は、検出しようとする操作とは異なる操作によっても変化する場合がある。このため、対向する電極部間の静電容量の増大だけに基づいて操作の有無を判定すると、誤判定が生じるおそれがある。

そこで、ノイズや検出しようとする操作とは異なる操作等によって静電容量が変化するような状況においても誤判定を抑制できる入力装置、及び、入力判定方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態の入力装置は、操作者による押圧操作が可能な操作部と、前記操作部に対する押圧操作によって出力値が変化する操作検知センサと、前記操作検知センサの出力値に基づき押圧操作の有無を判定するプロセッサと、前記操作部の押圧操作に伴い操作者に対して押圧方向に沿った操作感触を生成する感触生成部とを備え、前記プロセッサは、前記押圧操作時の経過時間に対する前記感触生成部の押圧力の特性を表す感触特性に応じた出力値を前記操作検知センサが出力した場合に、前記押圧操作が完了したと判定する。

ノイズや検出しようとする操作とは異なる操作等によって静電容量が変化するような状況においても誤判定を抑制できる入力装置、及び、入力判定方法を提供することができる。

実施形態の入力装置１００の構成及び動作の一例を示す断面図である。 実施形態の入力装置１００の構成及び動作の一例を示す断面図である。 入力装置１００に行う押圧操作を完了する場合のＦＳ特性を示す図である。 入力装置１００のプロセッサ１４０が利用する感触特性を説明する図である。 静電容量の時間変化特性における傾きの求め方を説明する図である。 静電容量の時間変化特性における傾きの求め方を説明する図である。 静電容量の時間的変化を示す図である。 比較用の静電容量の時間的変化を示す図である。 比較用の静電容量の時間的変化を示す図である。 入力装置１００のプロセッサ１４０が実行する処理を表すフローチャートを示す図である。 実施形態の第１変形例の入力装置１００Ｍ１の構成及び動作の一例を示す断面図である。 実施形態の第１変形例の入力装置１００Ｍ１の構成及び動作の一例を示す断面図である。 実施形態の第２変形例の入力装置１００Ｍ２の構成及び動作の一例を示す断面図である。 実施形態の第２変形例の入力装置１００Ｍ２の構成及び動作の一例を示す断面図である。

以下、本発明の入力装置、及び、入力判定方法を適用した実施形態について説明する。

＜実施形態＞
図１Ａ及び図１Ｂは、実施形態の入力装置１００の構成及び動作の一例を示す断面図である。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。また、以下では、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称す。平面視とはＸＹ面視することをいう。上下関係は普遍的なものではない。

図１Ａは、指先ＦＴがタッチしている状態（タッチのみの状態）を示す。図１Ａに示す状態は、指先ＦＴが入力装置１００の上面に触れているだけで、下方向に押圧されていない状態である。このため、図１Ａに示す状態は、押圧前の初期状態である。図１Ｂは、指先ＦＴがタッチして、かつ、押圧している状態（タッチ＆押圧の状態）を示す。図１Ｂに示す状態は、図１Ａに示す状態に比べて、入力装置１００が下方に押圧されている。

＜入力装置１００の構成と動作＞
入力装置１００は、筐体１１０、静電センサ１２０、メタルコンタクト１３０、及びプロセッサ１４０を含む。静電センサ１２０は、操作検知センサの一例であり、メタルコンタクト１３０は、感触生成部の一例である。

入力装置１００は、操作者が手等の体（生体）の一部で押圧操作をすることが可能であり、静電センサ１２０の出力値が所定の条件を満たした場合に、押圧操作を完了することができる入力装置である。押圧操作を完了するとは、例えば操作者の押圧操作によって選択している操作内容が確定することをいう。

また、入力装置１００は、押圧操作が完了したかどうかを判定する際に、静電センサ１２０の出力値を用い、メタルコンタクト１３０の出力は用いない。メタルコンタクト１３０は、感触（触感）を操作者に提供するために用いられ、メタルコンタクト１３０の電気的な接続状態は、押圧操作が完了したかどうかの判定には利用されない。以下では、一例として、操作者が指先ＦＴで入力装置１００に押圧操作を行う形態について説明する。

ここでは一例として、入力装置１００は、押圧操作を受け付けるために用いる操作検知センサの一例として静電センサ１２０を用いる形態について説明するが、操作検知センサとしては、インダクティブセンサ（誘導型近接センサ）、光学系センサ、赤外線センサ、圧力センサ、歪センサ、磁気センサ等を用いてもよい。

筐体１１０は、静電センサ１２０、メタルコンタクト１３０、及びプロセッサ１４０を収容又は保持するケースである。筐体１１０は、検知センサとして静電センサ１２０を用いる場合には、樹脂等の誘電体で作製すればよい。静電センサ１２０で指先ＦＴの接近を検出可能にするためである。筐体１１０は、例えば、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ゲーム機、車両の内部又は外部、及び、その他の入力操作を行う装置等の筐体又は筐体の一部である。

筐体１１０は、固定部１１０Ａと操作部１１０Ｂとを有する。固定部１１０Ａは、入力装置１００が配置される部位に固定される。固定部１１０Ａは、基部１１１Ａ、ガイド部１１２Ａ、及び脚部１１３Ａを有する。

基部１１１Ａは、固定部１１０Ａのベースとなる板状の部分である。基部１１１Ａの上面には、ガイド部１１２Ａが一体的に設けられるとともに、静電センサ１２０の電極１２０Ａが配置されている。

ガイド部１１２Ａは、基部１１１Ａの上面から上方に延在する壁部であり、固定部１１０Ａに対して操作部１１０Ｂを上下方向に移動可能に案内するとともに保持する部分である。ガイド部１１２Ａには、操作部１１０Ｂの係合部１１２Ｂに対応した形状を有し上下方向に延在する溝等が設けられていてもよい。脚部１１３Ａは、固定部１１０Ａを入力装置１００が配置される部位に固定する部分である。

操作部１１０Ｂは、カバー部１１１Ｂ、係合部１１２Ｂ、及び押圧部１１３Ｂを有し、固定部１１０Ａに対して移動可能（可動）に設けられている。移動可能であることは、変位可能であることである。ここでは、操作部１１０Ｂのカバー部１１１Ｂの上面に指先ＦＴが直接触れる（タッチする）形態について説明するが、カバー部１１１Ｂの上面を覆う部材が設けられていてもよく、この場合には指先ＦＴは、カバー部１１１Ｂの上面を覆う部材の上面に触れることになる。

カバー部１１１Ｂは、操作部１１０Ｂのベースになる部分であり、指先ＦＴによって触れられて押圧操作が行われる上面を有する。カバー部１１１Ｂの下面には静電センサ１２０の電極１２０Ｂが設けられている。

ここでは、押圧操作とは、カバー部１１１Ｂの上面を下方向に押し下げる操作をいう。具体的には、図１Ａに示す状態から、図１Ｂに示すように操作部１１０Ｂを押し下げる操作が押圧操作である。カバー部１１１Ｂに押圧操作が行われることは、入力装置１００に押圧操作が行われることと同義である。

係合部１１２Ｂは、カバー部１１１Ｂの下面から下方に延在する壁部であり、ガイド部１１２Ａに対して摺動することによって、ガイド部１１２Ａによって案内される。係合部１１２Ｂは、カバー部１１１Ｂと一体的に設けられていてもよいし、カバー部１１１Ｂとは別の部材として設けられていて、カバー部１１１Ｂに取り付けられていてもよい。係合部１１２Ｂは、固定部１１０Ａに対する操作部１１０Ｂの位置決めをするとともに、固定部１１０Ａに対して操作部１１０Ｂを上下方向に移動可能にするために設けられている。

押圧部１１３Ｂは、カバー部１１１Ｂの下面から下方に延在する棒状の部材である。押圧部１１３Ｂは、カバー部１１１Ｂと一体的に設けられていてもよいし、カバー部１１１Ｂとは別の部材として設けられていて、カバー部１１１Ｂに取り付けられていてもよい。ここでは一例として、押圧部１１３Ｂはカバー部１１１Ｂとは別の部材であり、一例としてゴム製であることとする。

押圧部１１３Ｂは、図１Ａに示す初期状態では、下端がメタルコンタクト１３０の上端に当接している。この状態で、押圧部１１３Ｂの下端は、メタルコンタクト１３０の上端を少しだけ下方に押圧しており、メタルコンタクト１３０は、自然長に比べて少しだけ上下方向に圧縮されている。初期状態における押圧部１１３Ｂとメタルコンタクト１３０のガタつきを防ぐためである。

押圧部１１３Ｂは、図１Ａに示す初期状態から入力装置１００に押圧操作が行われると、図１Ｂに示すようにメタルコンタクト１３０の中央部を押し潰し、メタルコンタクト１３０を反転動作させる。

静電センサ１２０は、電極１２０Ａ及び１２０Ｂを有する。電極１２０Ａは、固定部１１０Ａの基部１１１Ａの上面に設けられ、電極１２０Ｂは、操作部１１０Ｂのカバー部１１１Ｂの下面に設けられている。電極１２０Ａ及び１２０Ｂは、対向して配置されており、プロセッサ１４０に接続されている。

静電センサ１２０の出力値は電圧値であり、静電センサ１２０の静電容量に基づいた値である。静電センサ１２０の静電容量は、電極１２０Ａ及び１２０Ｂの間の静電容量であり、図１Ａに示す初期状態から押圧操作が行われると、電極１２０Ａ及び１２０Ｂの間の距離（電極間距離）が短くなることによって静電容量が変化し、静電センサ１２０の出力値（電圧値）も静電容量の変化に応じて変化する。このように、静電センサ１２０の出力値（電圧値）から静電センサ１２０の静電容量が分かる。

メタルコンタクト１３０は、押圧力を受けて反転動作するメタルドームであり、金属部材で実現される金属ばねである。メタルコンタクト１３０は、ドーム部１３１と基部１３２とを有する。ドーム部１３１は、メタルコンタクト１３０の中央部の上側でドーム状に突出し、反転動作可能な部分である。基部１３２は、ドーム部１３１の周囲に延在する部分であり、平面視でドーム部１３１の周囲を囲んでいる。

メタルコンタクト１３０は、入力装置１００に押圧操作が行われて、ドーム部１３１の上面が押圧部１１３Ｂによって下方に押圧されると、基部１３２に対してドーム部１３１が反転し、図１Ｂに示すように潰れた状態になる。このようにメタルコンタクト１３０が反転動作を行うときに、ドーム部１３１が反転する際の反力が、押圧部１１３Ｂを介してカバー部１１１Ｂに伝わり、操作者の指先ＦＴに感触が提供される。すなわち、メタルコンタクト１３０は、操作部１１０Ｂの押圧操作に伴い操作者に対して押圧方向に沿った操作感触を生成する。

上述したように、メタルコンタクト１３０は、感触を操作者に提供するためだけに用いられ、メタルコンタクト１３０の電気的な接続状態は、押圧操作が完了したかどうかの判定には利用されない。このため、メタルコンタクト１３０を入力装置１００内の回路等に接続する必要はない。また、このようにメタルコンタクト１３０は感触を操作者に提供するためだけに用いられるため、メタルコンタクト１３０の代わりに、感触を提供可能な部材を用いてもよい。そのような部材は、金属製であっても、非金属製であってもよい。

プロセッサ１４０は、静電センサ１２０の出力値に基づき押圧操作の有無を判定する。また、プロセッサ１４０は、押圧操作時の経過時間に対するメタルコンタクト１３０の押圧力の特性を表す感触特性に応じた出力値を静電センサ１２０が出力した場合に、押圧操作が完了したと判定する。このような判定の詳細については後述する。

＜ＦＳ特性＞
図２は、入力装置１００に押圧操作を行った場合に発生するＦＳ（Ｆｏｒｃｅ－Ｓｔｒｏｋｅ）特性を示す図である。横軸は入力装置１００の操作部１１０Ｂを下方に押し込むストロークＳであり、縦軸は操作部１１０Ｂを下方に押し込む際に必要な力Ｆである。力Ｆは押圧力であり、押圧時のメタルコンタクト１３０の反力に等しい。図２に示すＦＳ特性は、入力装置１００全体のＦＳ特性である。

図２に示すように、ストロークＳが０のときには力Ｆは０であり、押圧操作を開始してストロークＳを増大させるには力Ｆを増大させることになる。力Ｆが極大値Ｆ１に到達すると、ストロークＳはＳ１になる。このとき、メタルコンタクト１３０は反転動作する寸前である。

操作部１１０Ｂをさらに押圧すると、ストロークＳはＳ１を超えるが、メタルコンタクト１３０が反転動作するため、力Ｆは極大値Ｆ１よりも小さくなる。操作部１１０Ｂをさらに押圧すると、ストロークＳがＳ２のところで力Ｆが極小値Ｆ２を取り、操作部１１０Ｂをさらに押圧すると力Ｆが極小値Ｆ２よりも再度増大する。

ストロークＳがＳ２の状態は、押圧部１１３Ｂが反転動作しているメタルコンタクト１３０を押し潰した状態である。入力装置１００は、メタルコンタクト１３０の電気的な接続状態を押圧操作が完了したかどうかの判定に用いないが、入力装置１００は、メタルコンタクト１３０が押し潰された時点で押圧操作が完了したと判定可能なように構成される。この詳細については図３を用いて後述する。

ストロークＳがＳ２で力Ｆが極小値Ｆ２の状態から、力Ｆが再度増大している状態は、反転動作して押し潰されているメタルコンタクト１３０を押圧部１１３Ｂがさらに押圧し、押し潰されているメタルコンタクト１３０を介して固定部１１０Ａの基部１１１Ａを押圧している状態であり、筐体１１０の撓み等によってストロークＳがＳ２よりも僅かに増大する。

入力装置１００は、押圧操作の完了を判定する際に、ＦＳ特性自体を利用するのではなく、押圧操作時の経過時間に対するメタルコンタクト１３０の押圧力の特性を表す感触特性を利用する。メタルコンタクト１３０の押圧力とは、メタルコンタクト１３０の押圧操作に必要な押圧力である。感触特性について図３を用いて説明する。

＜感触特性と静電容量の時間変化特性＞
図３は、入力装置１００のプロセッサ１４０が利用する感触特性を説明する図である。図３において、上段に感触特性の一例を示し、下段に静電容量の時間変化特性の一例を示す。図３において、横軸は時間を表し、上段の縦軸は力Ｆを表し、下段の縦軸は静電センサ１２０の静電容量を表す。

図３の上段に示す感触特性は、押圧操作時の経過時間に対するメタルコンタクト１３０の押圧操作に必要な押圧力の特性である。入力装置１００の押圧操作は、操作部１１０Ｂを下方に押圧する操作であり、複数の操作者が通常の操作方法で押圧操作を行う場合に、押圧操作の開始から完了までの所要時間は、ある時間の範囲内に収まると考えられる。通常の操作方法とは、例えば、故意にゆっくりと押圧操作を行うことや、故意に素早く押圧操作を行うことを含まず、普通に操作することをいう。

図３の上段に示す感触特性は、複数の操作者が通常の操作方法で押圧操作を行う場合の平均的な所要時間で力Ｆの変化を表したものである。一例として、時刻ｔ１で指先ＦＴが操作部１１０Ｂにタッチし、時刻ｔ２で押圧操作を開始し、時刻ｔ３で力Ｆが極大値Ｆ１に到達し、時刻ｔ４で力Ｆが極小値Ｆ２に低下している。平均的な所要時間で押圧操作を行うと、図２に示すＦＳ特性の横軸を時間軸に変換したような図３の上段に示す感触特性が得られる。

感触特性における時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間は、メタルコンタクト１３０が変形する第１押圧変形期間の一例である。感触特性における時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間は、メタルコンタクト１３０が反転動作する反転期間の一例である。感触特性における時刻ｔ４以降の期間は、メタルコンタクト１３０が変形する第２押圧変形期間の一例である。感触特性は、第１押圧変形期間、反転期間、及び第２押圧変形期間をこの順に有する。

図３の下段に示す静電容量の時間変化特性は、図３の上段に示す感触特性が得られるように押圧操作を行った場合の静電センサ１２０の静電容量の時間変化を表している。静電容量はカウント値である。時刻ｔ１で指先ＦＴが操作部１１０Ｂにタッチすると静電容量がＣ１に増大する。時刻ｔ１から、押圧操作を開始する時刻ｔ２までは静電センサ１２０の電極１２０Ａ及び１２０Ｂの間の距離が変わらないため、静電容量はＣ１で略一定である。

時刻ｔ２で押圧操作を開始すると、ストロークＳが増え始めて電極１２０Ａ及び１２０Ｂの間の距離が短くなるので徐々に静電容量が増加し始める。時刻ｔ３でメタルコンタクト１３０が反転動作して潰れ始めると、電極１２０Ａ及び１２０Ｂの間の距離が急激に短くなるので、メタルコンタクト１３０が完全に潰れる時刻ｔ４にかけて静電容量が急激に増大する。時刻ｔ４よりも後では、電極１２０Ａ及び１２０Ｂの間の距離は変わらないので、静電容量は略一定になる。このように、静電容量の時間変化特性は、感触特性に基づいて変化するものである。

複数の操作者が通常の操作方法で押圧操作を行った場合には、時刻ｔ３から時刻ｔ４のように、メタルコンタクト１３０が反転動作して潰れるときに静電容量が増大する割合は、ある範囲内に入ると考えられる。

静電容量が増大する割合は、経過時間に対する静電容量の増大を表す傾きである。すなわち、静電センサ１２０の静電容量の傾きが、ある傾きの範囲内に入れば、操作者が押圧操作を完了させたと考えることができる。

図３の下段に示す静電容量の時間変化特性には、時刻ｔ３から時刻ｔ４における静電容量の傾きの一例を示す直線Ｌを実線で示す。直線Ｌは、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間のある時点における静電容量の傾きを示す。

入力装置１００は、静電センサ１２０の静電容量の傾きが、ある傾きの範囲内に入れば、押圧操作が完了したと判定する。平均的な所要時間で押圧操作が行われて静電容量が急激に変化する場合の静電容量の傾きは、ある傾きの範囲内に入ると考えられるからである。

ここで、静電容量の時間変化特性における時刻ｔ３から時刻ｔ４の特性は、感触特性の時刻ｔ３から時刻ｔ４の力Ｆの変化に応じた特性である。このため、時刻ｔ３から時刻ｔ４における静電センサ１２０の出力値は、感触特性の時刻ｔ３から時刻ｔ４の力Ｆの変化に応じた出力値である。

入力装置１００は、押圧操作時の経過時間に対するメタルコンタクト１３０の押圧力の特性を表す感触特性に応じた出力値を静電センサ１２０が出力した場合に、押圧操作が完了したと判定することになる。感触特性における時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間は反転期間であるため、プロセッサ１４０は、静電センサ１２０の出力値が反転期間における感触特性の傾きに応じている場合に、押圧操作が完了したと判定する。

入力装置１００は、静電センサ１２０の静電容量の値の変化だけではなく、静電容量の時間的な変化を表す傾きを用いることにより、ノイズに対するロバスト性を向上させ、押圧操作の完了の判定精度を向上させることによって、判定の信頼性を向上させる。

＜静電容量の傾きの求め方と押圧操作の完了の判定方法＞
図４Ａ及び図４Ｂは、静電容量の時間変化特性における傾きの求め方を説明する図である。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、横軸は時間（ｓ）、縦軸は静電容量（カウント値）を表す。図４Ａには、静電容量の時間変化特性を実線で示し、静電容量の基準値を破線で示す。

図４Ａには、一例として、７回連続で押圧操作を繰り返し行った場合の静電容量の時間変化特性を示す。図４Ｂには、１回目の押圧操作を行ったときの静電容量の時間変化特性を示す。図４Ｂは、縦軸及び横軸を図４Ａよりも拡大して示す。また、図４Ｂには、所定のサンプリング周期でサンプリングしたカウント値としての静電容量の各々を点で示す。

図４Ｂのような静電容量の時間変化特性において、各静電容量について、５回前のサンプリングで取得した静電容量との差を時間差で割ることによって、静電容量の傾きを求める。図４Ｂには、一例として時刻が３．２２（ｓ）のときの静電容量について求めた傾きを直線Ｌで表す。

直線Ｌで表されるような大きな傾きで静電容量が急激に変化するときには、静電容量の傾きがある程度大きい状態が連続的に発生すると考えられる。操作者が押圧操作を完了させようとするときには、図３に示す静電容量の時間変化特性の時刻ｔ３から時刻ｔ４のように、ある程度の期間にわたって静電容量が急激に変化すると考えられるからであり、また、静電容量が急激に変化するときには、静電容量の傾きがある程度大きい状態が連続的に発生すると考えられるからである。

このため、入力装置１００は、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上になってから、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上で、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下の状態が連続的に所定回数以上にわたって得られた場合に、押圧操作が完了したと判定する。静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上で、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下の状態が連続的に所定回数以上にわたって得られることは、このような状態が所定の期間以上にわたって生じることであるため、プロセッサ１４０は、静電センサ１２０の出力値の時間変化度合が所定の期間以上にわたって感触特性の傾きに応じている場合に、押圧操作が完了したと判定することになる。

第１閾値ＴＨＬは、静電容量の傾きの下限に相当する閾値であり、第２閾値ＴＨＨは、静電容量の傾きの上限に相当する閾値である。第１閾値ＴＨＬと第２閾値ＴＨＨは図５に示す。なお、ここでは静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上になってから、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上で、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下の状態が連続的に所定回数以上にわたって得られた場合に、押圧操作が完了したと判定するが、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上になってから、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上の状態が連続的に所定回数以上にわたって得られた場合に、押圧操作が完了したと判定してもよい。

＜静電容量の時間的変化＞
図５は、静電容量の時間的変化を示す図である。図５において、横軸は時間（ｓ）、左側の縦軸は静電容量（カウント値）、右側の縦軸は静電容量の傾きを表す。図５には、図４Ｂに示す静電容量の時間変化特性と同一の特性に加えて、各静電容量について５つ前の静電容量との差を時間差で割って求めた静電容量の傾きの分布を実線で示す。また、図５には、静電容量の傾きの第１閾値ＴＨＬと第２閾値ＴＨＨを示す。

ここでは、一例として、第１閾値ＴＨＬは３、第２閾値ＴＨＨは１１であり、押圧操作が完了したと判定する連続的な所定回数は８回であることとする。また、静電容量の傾きは、５回前のサンプリングで取得した静電容量との差を時間差で割ることによって求める。

図５では、３．１（ｓ）あたりから静電容量が増大し始め、３．１（ｓ）と３．２（ｓ）の間の時刻ｔ１１において、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上になっている。そして、時刻ｔ１１以降は静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上の状態が連続し、３．２（ｓ）を過ぎた辺りで静電容量の傾きが極大値を取っている。静電容量の傾きの極大値は、第２閾値ＴＨＨ以下である。そして、その後の時刻ｔ１２において、連続的に８回にわたって静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上で、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下の状態が得られている。このため、入力装置１００は、押圧操作が完了したと判定する。

＜比較用の静電容量の時間的変化＞
図６Ａ、図６Ｂは、比較用の静電容量の時間的変化を示す図である。図６Ａには、押圧操作を素早く行った場合の静電容量の時間的変化を示し、図６Ｂには、押圧操作をゆっくり行った場合の静電容量の時間的変化を示す。押圧操作を素早く行うとは、複数の操作者が通常の操作方法で押圧操作を行う場合に、生じ得ないほど素早く押圧操作を行うことである。また、押圧操作をゆっくり行うとは、複数の操作者が通常の操作方法で押圧操作を行う場合に、生じ得ないほど、ゆっくり押圧操作を行うことである。

図６Ａは、押圧操作を素早く行った場合の静電容量の時間的変化を表すため、図５に比べて短い期間における静電容量と傾きの変化を示す。押圧操作を素早く行った場合には、静電容量のサンプル数が少なくなり、また、より短い時間で急激に静電容量が増大するため、静電容量の傾きが大きくなる。このため、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上で、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下になるのは、連続で２回であった。約２．５３（ｓ）において、静電容量の傾きは、第２閾値ＴＨＨを超えてしまった。このように、押圧操作を素早く行った場合には、入力装置１００は、押圧操作が完了したとは判定しないことになる。また、瞬間的なノイズが入った場合にも、入力装置１００は、押圧操作が完了したとは判定しないことになる。

また、図６Ｂは、押圧操作をゆっくり行った場合の静電容量の時間的変化を表すため、図５に比べて長い期間における静電容量と傾きの変化を示す。押圧操作をゆっくり行った場合には、静電容量のサンプル数が多くなり、また、より長い時間で静電容量が緩やかに増大するため、静電容量の傾きが小さくなる。このため、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上で、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下になるのは、時刻６．８（ｓ）辺りであり、連続回数が６回であった。このように、押圧操作をゆっくり行った場合には、入力装置１００は、押圧操作が完了したとは判定しないことになる。また、時間経過に伴って緩やかに変化するノイズが入った場合にも、入力装置１００は、押圧操作が完了したとは判定しないことになる。

＜フローチャート＞
図７は、入力装置１００のプロセッサ１４０が実行する処理を表すフローチャートを示す図である。図７に示す処理は、入力装置１００が実行する入力判定方法を表す。

プロセッサ１４０は、処理をスタートさせると、パラメータを設定する（ステップＳ１）。パラメータは、例えば、第１閾値ＴＨＬ、第２閾値ＴＨＨ、静電容量を求める際に用いる過去の静電容量のサンプリング回数、及び、静電容量の傾きが連続的に第１閾値ＴＨＬ以上で第２閾値ＴＨＨ以下になる連続回数である。図５に示す例では、第１閾値ＴＨＬが３、第２閾値ＴＨＨが１１、過去の静電容量のサンプリング回数が５回前、連続回数が８回である。

上述のパラメータは、すべてステップＳ１で調整可能である。これらのうち、第１閾値ＴＨＬと第２閾値ＴＨＨは、静電容量の傾きの範囲を規定する。また、静電容量の傾きが連続的に第１閾値ＴＨＬ以上で第２閾値ＴＨＨ以下になる連続回数は、静電容量の傾きが連続的に第１閾値ＴＨＬ以上で第２閾値ＴＨＨ以下になる所定の期間に相当する。このため、静電容量の傾きの範囲と、静電容量の傾きが連続的に第１閾値ＴＨＬ以上で第２閾値ＴＨＨ以下になる所定の期間とは、調整可能である。

プロセッサ１４０は、静電センサ１２０の静電容量を取得し、内部メモリに保存する（ステップＳ２）。ステップＳ２の処理により、所定のサンプリング周期で静電容量がサンプリングされる。プロセッサ１４０は、Ｎ回分のサンプリングで取得した静電容量をメモリに保持する。Ｎ回は、過去の静電容量のサンプリング回数が５回前であることから、５回よりも１回多い６回である。なお、プロセッサ１４０は、サンプリング回数が６回前よりも前の静電容量は、順次消去する。

プロセッサ１４０は、Ｎ回分の静電容量がメモリに保存されているかどうかを判定する（ステップＳ３）。プロセッサ１４０は、Ｎ回分の静電容量がメモリに保存されていない（Ｓ３：ＮＯ）と判定すると、フローをステップＳ２にリターンする。

プロセッサ１４０は、ステップＳ３においてＮ回分の静電容量がメモリに保存されている（Ｓ３：ＹＥＳ）と判定すると、今回の制御周期のステップＳ２でサンプリングした静電容量と、Ｎ－１回前にサンプリングした静電容量の差分を、Ｎ－１回分のサンプリング周期の時間で割ることにより、静電容量の傾きを求める（ステップＳ４）。図５に示す例では、今回サンプリングした静電容量と、５回前にサンプリングした静電容量の差分を、５回分のサンプリング周期の時間で割ることにより、静電容量の傾きを求めることになる。

プロセッサ１４０は、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下であるかどうかを判定する（ステップＳ５）。図５に示す例では、プロセッサ１４０は、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上で、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下の範囲にあるかどうかを判定することになる。

プロセッサ１４０は、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下ではない（Ｓ５：ＮＯ）と判定すると、判定結果を表す判定結果データｂをリセットする（ステップＳ５Ａ）。プロセッサ１４０は、ステップＳ５Ａの処理を終えると、フローをステップＳ２にリターンする。なお、ここでは判定結果を表す判定結果データｂをリセットする形態について説明するが、ステップＳ５Ａでは、プロセッサ１４０は、判定結果データｂをインクリメントしないようにする、又は、判定結果データｂをデクリメントするようにしてもよい。このようにしても、連続的に第１閾値ＴＨＬ以上で第２閾値ＴＨＨ以下になる所定の期間を設定できるからである。

プロセッサ１４０は、ステップＳ５において、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下である（Ｓ５：ＹＥＳ）と判定すると、判定結果を表す判定結果データｂの値をインクリメントする（ステップＳ６）。

プロセッサ１４０は、判定結果データｂの値がｘ以上であるかどうかを判定する（ステップＳ７）。ｘは、静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上で、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下の状態が連続的に得られている回数を表す。例えば、ｘを８に設定すれば、ステップＳ７の処理では、図５に示す例で説明したように、連続的に８回にわたって静電容量の傾きが第１閾値ＴＨＬ以上で、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下の状態が得られているかどうかを判定することになる。

プロセッサ１４０は、判定結果データｂの値がｘ以上ではない（Ｓ７：ＮＯ）と判定すると、フローをステップＳ２にリターンする。

プロセッサ１４０は、判定結果データｂの値がｘ以上である（Ｓ７：ＹＥＳ）と判定すると、押圧操作が完了したと判定する（ステップＳ８）。図５に示す例では、静電容量の傾きが連続して８回数以上にわたって第１閾値ＴＨＬ以上で、かつ、第２閾値ＴＨＨ以下である場合に、プロセッサ１４０は押圧操作が完了したと判定することになる。

以上のように、入力装置１００は、押圧操作時の経過時間に対するメタルコンタクト１３０の押圧力の特性を表す感触特性に応じた出力値を静電センサ１２０が出力した場合に、押圧操作が完了したと判定する。

したがって、ノイズや検出しようとする操作とは異なる操作等によって静電容量が変化するような状況においても誤判定を抑制できる入力装置１００を提供することができる。

また、静電容量の変化に基づいて操作の有無を判定することが難しい場合がある。特に、押圧操作の完了の有無を判定するような重要度の高い操作の有無を静電容量の変化に基づいて判定した場合に誤判定が生じると、入力装置としての信頼性の問題が生じる。これに対して、入力装置１００は、押圧操作時の経過時間に対するメタルコンタクト１３０の押圧力の特性を表す感触特性に応じた出力値を静電センサ１２０が出力した場合に、押圧操作が完了したと判定するので、ノイズに対するロバスト性が高く、信頼性を向上させることができる。

また、操作部１１０Ｂは押圧操作によって押圧方向に沿って変位可能であって、操作部１１０Ｂは押圧操作による押圧力をメタルコンタクト１３０に伝達する押圧部１１３Ｂを有し、メタルコンタクト１３０は、押圧力が掛けられて変形することで、操作者に対して操作感触を与えるので、ノイズや検出しようとする操作とは異なる操作等によって静電容量が変化するような状況においても誤判定を抑制できるとともに、メタルコンタクト１３０の変形に伴う感触を提供することができる。

また、メタルコンタクト１３０は、所定の押圧力を受けて反転変形するドーム部１３１を有しており、感触特性はメタルコンタクト１３０の反転動作時の押圧力の特性を表すので、ノイズや検出しようとする操作とは異なる操作等によって静電容量が変化するような状況においても誤判定を抑制できるとともに、メタルコンタクト１３０の反転動作に伴う感触を提供することができる。メタルコンタクト１３０の反転動作でクリック感を提供できるため、操作時の感触が良好な入力装置１００を提供することができる。

感触特性は、第１押圧変形期間、反転期間、及び第２押圧変形期間をこの順で有し、プロセッサ１４０は、静電センサ１２０の出力値が反転期間における感触特性の傾きに応じている場合に、押圧操作が完了したと判定するので、ノイズや押圧操作以外の操作による静電容量の変化を排除して、誤判定を効果的に抑制できる入力装置１００を提供することができる。なお、感触特性は、第１押圧変形期間及び反転期間をこの順に有する特性であってもよい。例えば、反転期間で操作が完了する感触生成部を用いる場合には、感触特性は、第２押圧変形期間を含まなくてよい。

プロセッサ１４０は、静電センサ１２０の出力値の時間変化度合が所定の期間以上にわたって感触特性の傾きに応じている場合に、押圧操作が完了したと判定するので、所定の期間以上にわたって感触特性の傾きに応じていることで、ノイズや押圧操作以外の操作による静電容量の変化をより効果的に排除して、誤判定をより効果的に抑制できる入力装置１００を提供することができる。

また、プロセッサ１４０は、所定の期間において、静電センサ１２０の出力値の時間変化度合が感触特性の所定の傾きの範囲内にある場合に、押圧操作が完了したと判定するので、通常の操作方法で押圧操作が行われた場合に、押圧操作が完了したことを判定でき、誤判定をより効果的に抑制できる入力装置１００を提供することができる。

また、押圧操作の完了の有無を判定する際の所定の期間と所定の傾きの範囲とは調整可能であるので、温度やその他の外部要因によって静電容量の値が変動する際に変動の影響を相殺することができる。また、用途等に応じて、押圧操作の完了の有無を判定する基準を調整でき、使い勝手の良好な入力装置１００を提供することができる。

また、静電センサ１２０は、操作部１１０Ｂに対する押圧操作によって静電容量が変化する静電容量式の静電センサ１２０であるので、静電容量に応じて、押圧操作の完了の有無を適切に判定可能な入力装置１００を提供することができる。

＜第１変形例＞
図８Ａ及び図８Ｂは、実施形態の第１変形例の入力装置１００Ｍ１の構成及び動作の一例を示す断面図である。入力装置１００Ｍ１は、図１Ａ及び図１Ｂに示す入力装置１００のメタルコンタクト１３０の代わりにタクトスイッチ（押しボタンスイッチ）１３０Ｍ１を触感生成部として含む構成を有する。

タクトスイッチ１３０Ｍ１は、ボタン１３１Ｍ１と基部１３２Ｍ１を有し、基部１３２Ｍ１に対して、ボタン１３１Ｍ１を押し込むと、メタルコンタクト１３０と同様にクリック感が提供されるスイッチである。このようなタクトスイッチ１３０Ｍ１をメタルコンタクト１３０の代わりに用いることによって、ノイズや検出しようとする操作とは異なる操作等によって静電容量が変化するような状況においても誤判定を抑制できる入力装置１００Ｍ１を提供することができる。

＜第２変形例＞
図９Ａ及び図９Ｂは、実施形態の第２変形例の入力装置１００Ｍ２の構成及び動作の一例を示す断面図である。入力装置１００Ｍ２は、図１Ａ及び図１Ｂに示す入力装置１００の筐体１１０及び静電センサ１２０の代わりに筐体１１０Ｍ２及び静電センサ１２０Ｍ２をそれぞれ含む構成を有する。

筐体１１０Ｍ２は、図１Ａ及び図１Ｂに示す筐体１１０の固定部１１０Ａと操作部１１０Ｂを一体化し、図１Ａ及び図１Ｂに示す筐体１１０のカバー部１１１Ｂに相当する部分を変形可能なドーム状のカバー部１１１ＭＢ２に置き換えた構成を有する。カバー部１１１ＭＢ２は、触感生成部の一例である。

筐体１１０Ｍ２は、基部１１１ＭＡ２、脚部１１３ＭＡ２、カバー部１１１ＭＢ２を有する。基部１１１ＭＡ２、脚部１１３ＭＡ２は、図１Ａ及び図１Ｂに示す筐体１１０の基部１１１Ａ、脚部１１３Ａに相当する。

カバー部１１１ＭＢ２は、図９Ａに示すようにタッチされていて押圧されていない状態では、中央部がドーム状に上方に突出している。カバー部１１１ＭＢ２は、押圧されると、図９Ｂに示すように反転動作し、指先ＦＴにクリック感を提供する。

静電センサ１２０Ｍ２は、電極１２０ＭＡ２及び１２０ＭＢ２を有する。電極１２０ＭＢ２は変形可能であり、図９Ａに示すようにカバー部１１１ＭＢ２がドーム状に上方に突出しているときには、カバー部１１１ＭＢ２の形状に合わせて変形している。図９Ｂに示すように、カバー部１１１ＭＢ２が押圧されて反転動作すると、電極１２０ＭＢ２は、中央部が下側に突出するように変形する。これにより、電極１２０ＭＡ２と電極１２０ＭＢ２の間の距離は図９Ａに示す状態に比べて短くなり、静電センサ１２０Ｍ２の静電容量が増大する。なお、変形可能な電極１２０ＭＢ２は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で作製可能であり、電極１２０ＭＡ２は変形されないが、同様にＩＴＯ製であってよい。

入力装置１００Ｍ２は、上述のように変形可能な筐体１１０Ｍ２と静電センサ１２０Ｍ２を用いることによって、図１Ａ及び図１Ｂに示す入力装置１００と同様に、ノイズや検出しようとする操作とは異なる操作等によって静電容量が変化するような状況においても誤判定を抑制できる。

なお、以上では、メタルコンタクト１３０、タクトスイッチ１３０Ｍ１、カバー部１１１ＭＢ２を感触生成部として用いる形態について説明したが、これらの少なくともいずれか１つと同様の感触を呈示するものであれば、感触生成部は上述した具体例以外の構成であってもよい。

以上、本発明の例示的な実施形態の入力装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

なお、本国際出願は、２０２１年８月１７日に出願した日本国特許出願２０２１－１３２６６９に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。

１００、１００Ｍ１、１００Ｍ２ 入力装置
１１０、１１０Ｍ２ 筐体
１１０Ａ 固定部
１１１Ａ 基部
１１２Ａ ガイド部
１１３Ａ 脚部
１１０Ｂ 操作部
１１１Ｂ カバー部
１１２Ｂ 係合部
１１３Ｂ 押圧部
１１１ＭＡ２
１１１ＭＢ２ カバー部
１２０、１２０Ｍ２ 静電センサ
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０ＭＡ２、１２０ＭＢ２ 電極
１３０ メタルコンタクト
１３１ ドーム部
１３２ 基部
１３０Ｍ１ タクトスイッチ
１３１Ｍ１ ボタン
１３２Ｍ２ 基部
１４０ プロセッサ

Claims (8)

1. 操作者による押圧操作が可能な操作部と、
   前記操作部に対する押圧操作によって出力値が変化する操作検知センサと、
   前記操作検知センサの出力値に基づき押圧操作の有無を判定するプロセッサと、
   前記操作部の押圧操作に伴い操作者に対して操作感触を生成する感触生成部と
   を備え、
   前記プロセッサは、前記押圧操作時の経過時間に対する前記感触生成部が生成する前記操作感触の感触特性に応じた出力値を前記操作検知センサが出力し、前記操作検知センサの出力値の時間変化度合が所定の期間以上にわたって前記感触特性の傾きに応じており、前記所定の期間において、前記操作検知センサの出力値の時間変化度合が前記感触特性の所定の傾きの範囲内にある場合に、前記押圧操作が完了したと判定する、入力装置。
2. 前記操作部は押圧操作によって押圧方向に沿って変形可能又は変位可能であって、
   前記操作部は前記押圧操作による押圧力を前記感触生成部に伝達する押圧部を有し、
   前記感触生成部は、前記押圧力を受けて変形することで、操作者に対して前記操作感触を与える、請求項１に記載の入力装置。
3. 前記感触生成部は、所定の押圧力を受けて反転変形するドーム部を有しており、前記感触特性は前記ドーム部の反転動作時の押圧力の特性を表す、請求項１又は２に記載の入力装置。
4. 前記感触特性は、第１押圧変形期間及び反転期間をこの順で有し、
   前記プロセッサは、前記操作検知センサの出力値が前記反転期間における前記感触特性の傾きに応じている場合に、前記押圧操作が完了したと判定する、請求項３に記載の入力装置。
5. 前記感触特性は、前記第１押圧変形期間及び前記反転期間の後に第２押圧変形期間をさらに有し、
   前記プロセッサは、前記操作検知センサの出力値が前記反転期間における前記感触特性の傾きに応じている場合に、前記押圧操作が完了したと判定する、請求項４に記載の入力装置。
6. 前記所定の期間と、前記所定の傾きの範囲とは、調整可能である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の入力装置。
7. 前記操作検知センサは、前記操作部に対する押圧操作によって静電容量が変化する静電容量式の操作検知センサである、請求項１乃至６のいずれか１項の入力装置。
8. 操作者による押圧操作が可能な操作部と、
   前記操作部に対する押圧操作によって出力値が変化する操作検知センサと、
   前記操作検知センサの出力値に基づき押圧操作の有無を判定するプロセッサと、
   前記操作部の押圧操作に伴い操作者に対して操作感触を生成する感触生成部と
   を備える入力装置において、
   前記押圧操作時の経過時間に対する前記感触生成部が生成する前記操作感触の感触特性に応じた出力値を前記操作検知センサが出力し、前記操作検知センサの出力値の時間変化度合が所定の期間以上にわたって前記感触特性の傾きに応じており、前記所定の期間において、前記操作検知センサの出力値の時間変化度合が前記感触特性の所定の傾きの範囲内にある場合に、前記押圧操作が完了したと判定する、入力判定方法。

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