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WO2024247420A1 - 入力装置 - Google Patents

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Publication number
WO2024247420A1
WO2024247420A1 PCT/JP2024/008077 JP2024008077W WO2024247420A1 WO 2024247420 A1 WO2024247420 A1 WO 2024247420A1 JP 2024008077 W JP2024008077 W JP 2024008077W WO 2024247420 A1 WO2024247420 A1 WO 2024247420A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
input device
detection electrodes
pressing operation
pressing
foam layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2024/008077
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
朋輝 山田
吉弥 中田
拓馬 本井
Original Assignee
アルプスアルパイン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by アルプスアルパイン株式会社 filed Critical アルプスアルパイン株式会社
Publication of WO2024247420A1 publication Critical patent/WO2024247420A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/02—Input arrangements using manually operated switches, e.g. using keyboards or dials
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means

Definitions

  • This disclosure relates to an input device.
  • a conventional tactile force sensing device that includes a capacitance-type load sensor in which a cylinder is provided between a first electrode plate on which multiple positive electrodes are arranged in an array on the same plane and a second electrode plate on which a single negative electrode is arranged to form multiple capacitors, and a capacitance detection unit that detects the capacitance of each of the capacitors that changes according to an external force applied to the second electrode plate of the load sensor.
  • the tactile force sensing device includes a distributed load measurement unit that measures a distributed load that represents the distribution of the load applied to the cylinder based on the amount of change in capacitance of each of the capacitors detected by the capacitance detection unit, and a load information calculation unit that calculates the total load and the load center position of the external force applied to the second electrode plate based on the relationship between the amount of expansion and contraction of each of the cylinders relative to the distributed load and the pattern of the distributed load (see, for example, Patent Document 1).
  • the objective is to provide an input device that can determine, based on certain criteria, whether a pressing operation has been performed on the operation surface.
  • the input device includes an input section having an operation surface operated by an operating body, and a plurality of detection electrodes provided on the rear side of the operation surface, the input section having a portion in which the amount of displacement in response to a pressing operation by the operating body on the operation surface with a predetermined pressing force varies depending on the position on the operation surface, and the plurality of detection electrodes have a smaller area the greater the amount of displacement when a pressing operation is performed with the predetermined pressing force at a pressing position on the operation surface that overlaps with each of the plurality of detection electrodes in a planar view.
  • FIG. 2 illustrates an example of a configuration of an input device according to an embodiment.
  • 11 is a diagram showing an example of a state in which a pressing operation is performed with a fingertip on an input device for comparison
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a state in which a pressing operation is performed with a fingertip on an input device for comparison
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of an output from an electrostatic sensor of a comparative input device.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of an input device according to a modified example of the embodiment.
  • 11A and 11B are diagrams illustrating an example of a state in which a pressing operation is being performed with a fingertip on the input device 100 according to the modified example of the embodiment.
  • FIG. 11A and 11B are diagrams illustrating an example of a state in which a pressing operation is being performed with a fingertip on the input device 100 according to the modified example of the embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a configuration of an electrostatic sensor according to a modified example of an embodiment.
  • the direction parallel to the X axis (X direction), the direction parallel to the Y axis (Y direction), and the direction parallel to the Z axis (Z direction) are mutually perpendicular.
  • the explanation will be given using the up-down direction with the +Z direction side being the top and the -Z direction side being the bottom, but this does not represent a universal up-down direction.
  • a planar view refers to a view on the XY plane.
  • the length, width, thickness, etc. of each part may be shown exaggerated to make the configuration easier to understand.
  • ⁇ Embodiment> 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an input device 100 according to an embodiment.
  • the input device 100 includes a foam layer 110, an electrostatic sensor 120, and a control device 130.
  • the foam layer 110 is an example of an input unit, and an upper surface of the foam layer 110 is an operation surface 110A.
  • the input device 100 is a device that determines the operation content when a user performs a pressing operation by pressing the operation surface 110A downward with the fingertip FT and determines that a pressing operation has been performed based on the capacitance value between the fingertip FT and the electrostatic sensor 120.
  • the input device 100 can also be operated with a hand or other means in addition to the fingertip FT, but the following describes a form in which the input device 100 is operated with the fingertip FT.
  • the user's fingertip FT, hand, etc. are examples of an operating object.
  • the input device 100 can be attached to a cushioned part of the vehicle, such as a door panel or an armrest, but it may also be attached to other parts of the vehicle, and may be mounted not only on a vehicle, but also on a train, aircraft, etc. Furthermore, it may also be mounted not only on a moving body such as a vehicle, train, or aircraft, but also inside a building, etc.
  • a cushioned part of the vehicle such as a door panel or an armrest
  • the foam layer 110 is disposed on the electrostatic sensor 120.
  • the foam layer 110 and the electrostatic sensor 120 are shown separately in order to easily show the configuration of the electrostatic sensor 120, but in reality, the foam layer 110 is disposed on the electrostatic sensor 120 in a state where it is overlapped therewith.
  • the foam layer 110 can be made of a foam material such as foamed urethane, foamed sponge, or foamed rubber, and has cushioning properties.
  • the upper surface of the foam layer 110 may be covered with a skin (not shown). In this case, the upper surface of the skin becomes the operation surface of the input device 100.
  • the foam layer 110 has foam layers 111 and 112.
  • the Z-direction thicknesses of the foam layers 111 and 112 are the same, and the heights of their upper surfaces are aligned.
  • the foam layer 111 is harder than the foam layer 112, and the foam layer 112 is softer than the foam layer 111.
  • the foam layers 111 and 112 may be fabricated separately or integrally.
  • the electrostatic sensor 120 is provided under the foam layer 110.
  • the electrostatic sensor 120 has, as an example, a substrate 120A and a plurality of detection electrodes 121 and 122. More specifically, as an example, the electrostatic sensor 120 has two each of the detection electrodes 121 and 122. As an example, the detection electrodes 121 and 122 are provided on the surface of the substrate 120A on the +Z direction side.
  • the substrate 120A is a wiring substrate.
  • the two detection electrodes 121 are located under the foam layer 111, and the two detection electrodes 122 are located under the foam layer 112.
  • the area of the detection electrode 121 in a plan view is larger than the area of the detection electrode 122 in a plan view. The reason for this will be described later.
  • the detection electrodes 121 and 122 are connected to the control device 130 via wiring 125. Note that it is sufficient for the electrostatic sensor 120 to have at least one each of the detection electrodes 121 and 122.
  • the electrostatic sensor 120 may have three or more detection electrodes at different positions in the X direction.
  • the control device 130 has a measurement unit 131 and a determination unit 132.
  • Fig. 1 shows, as an example, a configuration in which the measurement unit 131 and the determination unit 132 are arranged inside one control device 130, the measurement unit 131 and the determination unit 132 may be configured, for example, as separate ICs (Integrated Circuits) or MCUs (Micro Controller Units), etc.
  • the measurement unit 131 and the determination unit 132 may be functional blocks realized by the MCU executing a computer program.
  • the measurement unit 131 measures the capacitance value of each of the detection electrodes 121 and 122 and outputs it to the determination unit 132.
  • the determination unit 132 determines that a pressing operation has been performed on the operation surface 110A by the operating object when the capacitance value measured by the measurement unit 131 is equal to or greater than a predetermined threshold value.
  • FIGS 2A and 2B are diagrams showing an example of a state in which a pressing operation is performed with a fingertip FT on the comparative input device 1.
  • the comparative input device 1 has a configuration in which the electrostatic sensor 120 (see Figure 1) of the input device 100 is replaced with an electrostatic sensor 20.
  • the electrostatic sensor 20 has a plurality of detection electrodes 21 and 22 that have the same area in a plan view.
  • the predetermined pressing force is the same when performing a pressing operation on the foam layers 111 and 112.
  • the predetermined pressing force is a force that lightly presses down on the operation surface 110A.
  • FIG. 2A shows only the foam layer 111 portion of the comparative input device 1.
  • a detection electrode 21 is provided below the foam layer 111.
  • FIG. 2B shows only the foam layer 112 portion of the comparative input device 1.
  • a detection electrode 22 is provided below the foam layer 112. Note that wiring 125 and control device 130 are omitted in FIGS. 2A and 2B.
  • the foam layer 111 is hard, as shown in FIG. 2A, when a pressing operation is performed with a certain pressing force, it is difficult to press it downward. In this case, the displacement of the upper surface (operation surface 110A) of the foam layer 111 in the Z direction is D1.
  • foam layer 112 is softer than foam layer 111 (see FIG. 2A), it is easily deformed into a concave shape. For this reason, as shown in FIG. 2B, when a pressing operation is performed with a certain pressing force on the upper surface (operation surface 110A) of foam layer 112, it is easy to press downward. In this case, the displacement amount in the Z direction of the upper surface (operation surface 110A) of foam layer 112 is D2. Displacement amount D2 is greater than displacement amount D1.
  • the displacement amount D2 caused by the same predetermined pressing force as in FIG. 2A is greater than the displacement amount D1 in FIG. 2A. Therefore, the distance L2 in the Z direction between fingertip FT and detection electrode 22 when a pressing operation is performed with a predetermined pressing force on foam layer 112 is shorter than the distance L1 in the Z direction between fingertip FT and detection electrode 21 when a pressing operation is performed with a predetermined pressing force on foam layer 111.
  • the output of the electrostatic sensor 20 represents the capacitance value between the fingertip FT and the detection electrode located directly below the fingertip FT, so when the same force is applied to the pressing operation, the output differs between the pressing operation on the hard foam layer 111 as shown in FIG. 2A and the pressing operation on the soft foam layer 112 as shown in FIG. 2B. This is because the displacement amounts D1 and D2 are different.
  • the output (capacitance value) of the electrostatic sensor 20 when a pressing operation is performed on the soft foam layer 112 as shown in FIG. 2B is greater than the output (capacitance value) of the electrostatic sensor 20 when a pressing operation is performed on the hard foam layer 111 as shown in FIG. 2A. This is because the distance between the fingertip FT and the detection electrode is shorter, distance L2 in FIG. 2B, than distance L1 in FIG. 2A.
  • the foam layer 110 has foam layers 111 and 112 with different hardness, which means that the foam layer 110 has a portion where the amount of displacement in response to a pressing operation with a predetermined pressing force on the operation surface 110A by the fingertip FT varies depending on the position on the operation surface 110A.
  • Fig. 3 is a diagram showing an example of the output of the electrostatic sensor 20 of the comparative input device 1.
  • Fig. 3 shows the capacitance value (dashed line) of the detection electrode 21 of the electrostatic sensor 20 when a pressing operation is performed with a predetermined pressing force on the hard foam layer 111 as shown in Fig. 2A, and the capacitance value (solid line) of the detection electrode 22 of the electrostatic sensor 20 when a pressing operation is performed with a predetermined pressing force on the soft foam layer 112 as shown in Fig. 2B.
  • the horizontal axis in FIG. 3 represents time (seconds).
  • the pressing operation on the hard foam layer 111 and the pressing operation on the soft foam layer 112 are performed in the same manner over time. More specifically, the fingertip FT is sufficiently far away from the operation surface 110A at 0 seconds, approaches the operation surface 110A as time passes, touches the operation surface 110A at 10 seconds, and performs the pressing operation after 10 seconds.
  • the vertical axis in FIG. 3 represents the output of the electrostatic sensor 20 (the capacitance value of the detection electrodes 21 and 22).
  • the capacitance value of the detection electrodes 21 and 22 is represented by a capacitance count value.
  • the capacitance count value is a difference value obtained by digitally converting the capacitance value (analog value) of the detection electrodes 21 and 22 and subtracting a predetermined reference value.
  • the predetermined reference value corresponds to the capacitance count value equivalent to the capacitance value of the detection electrodes 21 and 22 in a state where no operation is being performed on the electrostatic sensor 20 by the fingertip FT, and represents the noise floor.
  • the threshold value TH is a threshold value at which the control device 130 determines that a pressing operation has been performed, and in this example, it is described as being a capacitance value of 45.
  • the capacitance value of the detection electrode 22 becomes equal to or exceeds the threshold value TH at 20 seconds, and the capacitance value becomes a constant value of 50 after 20 seconds. After 20 seconds, the specified pressing force and the reaction force of the foam layer 112 are balanced, and it becomes impossible to press any further.
  • the capacitance value of the detection electrode 21 is less than the threshold value TH at the point of 20 seconds, and the capacitance value becomes a constant value of about 28 after 20 seconds. After 20 seconds, the predetermined pressing force and the reaction force of the foam layer 111 are balanced, and it becomes impossible to press any further.
  • the threshold value TH it is also possible to determine that a pressing operation has been performed with a predetermined pressing force on both the hard foam layer 111 and the soft foam layer 112 by lowering the threshold value TH, for example, to around 20.
  • the threshold value TH is lowered, for example, to around 20, a pressing operation will be determined to have been performed on the soft foam layer 112 even if the pressing operation has been performed with a pressing force weaker than the predetermined pressing force, resulting in a difference in the feeling of operation. For these reasons, the above-mentioned problem is solved without changing the threshold value TH.
  • the input device 100 solves the above-mentioned problem by making the area of the detection electrode 121 larger than the area of the detection electrode 122 .
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams showing an example of a state in which a pressing operation is being performed with a fingertip FT on the input device 100 of the embodiment.
  • the displacement amount of the foam layer 111 is D1
  • the distance between the fingertip FT and the detection electrode 121 is L1.
  • the displacement amount of the foam layer 112 is D2
  • the distance between the fingertip FT and the detection electrode 121 is L2.
  • the displacement amount D1 is smaller than the displacement amount D2, and the distance L1 is longer than the distance L2.
  • the area of the detection electrode 121 is made larger than the area of the detection electrode 122. Aligning the capacitance values of the detection electrodes 121 and 122 measured by the measurement unit 131 means making the capacitance values of the detection electrodes 121 and 122 measured by the measurement unit 131 the same. Note that the capacitance values of the detection electrodes 121 and 122 being the same means allowing for deviations and errors to the extent that they do not impair the effect of the embodiment.
  • the capacitance value is proportional to the area of the detection electrodes 121 and 122 and inversely proportional to the distances L1 and L2 between the fingertip FT and the detection electrodes 121 and 122, so the area of the detection electrodes 121 and 122 can be determined so that the difference between the distances L1 and L2 is offset.
  • the detection electrodes 121 and 122 may have a smaller area as the amount of displacement increases when a pressing operation is performed with a predetermined pressing force on a pressing position on the operation surface 110A that overlaps with each of the detection electrodes 121 and 122 in a plan view.
  • the detection electrodes 121 and 122 are both square and do not have any openings or cutouts. For this reason, the sizes of the detection electrodes 121 and 122 in a plan view are different.
  • Fig. 5 is a diagram showing an example of the output of the electrostatic sensor 120 of the input device 100 according to the embodiment.
  • Fig. 5 shows the capacitance value (dashed line) of the detection electrode 121 of the electrostatic sensor 120 when a pressing operation is performed with a predetermined pressing force on the hard foam layer 111 as shown in Fig. 4A, and the capacitance value (solid line) of the detection electrode 122 of the electrostatic sensor 120 when a pressing operation is performed with a predetermined pressing force on the soft foam layer 112 as shown in Fig. 4B.
  • the horizontal axis in FIG. 5 represents time (seconds).
  • the vertical axis in FIG. 5 represents the output of the electrostatic sensor 120 (capacitance count value).
  • the capacitance count value is a difference value obtained by digitally converting the capacitance value (analog value) that is the output of the electrostatic sensor 120 and subtracting a predetermined reference value.
  • a case will be described in which an operation is performed over time.
  • the capacitance value threshold value TH will be described as 45.
  • the area of the detection electrode 121 is made larger than the area of the detection electrode 122 so that the difference between the distances L1 and L2 is offset, and when the pressing operation is performed on the foam layers 111 and 112 with the same predetermined pressing force, the change in the capacitance value of the detection electrodes 121 and 122 can be made uniform.
  • the area of the detection electrode 121 and the area of the detection electrode 122 are designed in advance so that when a pressing operation with a predetermined pressing force is performed on the foam layers 111 or 112, the capacitance values of the corresponding detection electrodes are the same.
  • the determination unit 132 can determine that a pressing operation has been performed using a common threshold value TH (a certain standard).
  • the determination unit 132 has a predetermined threshold value that is set in advance to determine that a pressing operation has been performed, regardless of whether a pressing operation is performed with a predetermined pressing force on any pressing position on the operation surface 110A.
  • the control device 130 determines that a pressing operation has been performed when the pressing force exceeds a predetermined magnitude for both the foam layers 111 and 112, which have different hardnesses.
  • the capacitance value threshold TH in the control device 130 (determination unit 132) must be preset to an appropriate value.
  • the user can perform a pressing operation with the same operating feel regardless of whether the pressing operation is performed on the foam layers 111 and 112, which have different hardnesses, and can perform a pressing operation with a predetermined pressing force without feeling any discomfort due to the difference in hardness between the foam layers 111 and 112.
  • ⁇ Modifications of the embodiment> 6 is a diagram showing an example of a cross-sectional configuration of an input device 100M according to a modified example of the embodiment.
  • the input device 100M includes a foam layer 110M, an electrostatic sensor 120, a control device 130, a skin 140, a base 150, and a substrate 160.
  • the foam layer 110M and the skin 140 are an example of an input unit, and the upper surface of the skin 140 is an operation surface 140A.
  • the input device 100M can be attached to a cushioned part of the vehicle, such as a door panel or an armrest, but it may also be attached to other parts of the vehicle, and may be mounted not only on a vehicle, but also on a train, aircraft, etc. Furthermore, it may also be mounted not only on a moving body such as a vehicle, train, or aircraft, but also inside a building, etc.
  • a form in which the input device 100M is mounted on a vehicle will be described.
  • the electrostatic sensor 120 and the control device 130 are configured similarly to the electrostatic sensor 120 and the control device 130 of the input device 100 shown in FIG. 1, so the following describes the foam layer 110M, the base 150, the skin 140, and the substrate 160.
  • the input device 100 is a device that performs a pressing operation on the operation surface 140A, which is the upper surface of the skin 140.
  • the foam layer 110M is disposed on the electrostatic sensor 120 provided on the flat plate portion 151 of the base portion 150, and is provided between two wall portions 152. As an example, the thickness of the foam layer 110M in the Z direction is aligned with the height of the wall portions 152 in the Z direction.
  • the foam layer 110M can be made of a foam material such as urethane foam, foam sponge, or foam rubber, and has cushioning properties.
  • the upper surface of the foam layer 110M is covered with a skin 140.
  • the foam layer 110M differs from the foam layer 110 (foam layers 111 and 112) shown in FIG. 1 in that the hardness of the portion provided on all of the multiple detection electrodes 121 and 122 of the electrostatic sensor 120 is constant.
  • the skin 140 is a stretchable cover made of resin, synthetic fiber, synthetic leather, leather, or the like, and covers the entire upper surface of the foam layer 110M.
  • the skin 140 is rectangular in a plan view, and the ends along the four sides are adhered to the upper ends of the wall parts 152 of the base part 150 by adhesive 153.
  • double-sided tape may be used instead of the adhesive 153, and the ends of the skin 140 and the upper ends of the wall parts 152 may be fixed by being physically engaged with each other.
  • the base 150 is a portion that becomes the base of the input device 100M, and includes a flat plate portion 151 and a wall portion 152.
  • the base 150 can be made of an insulating material such as resin, for example.
  • the flat plate portion 151 is a plate-like portion that holds the electrostatic sensor 120 and the foam layer 110M.
  • the flat plate portion 151 is rectangular in a plan view, but is not limited to a rectangular shape and may be in various shapes.
  • the wall portion 152 extends in the +Z direction from the ends of the flat plate portion 151 on the -X direction side and the +X direction side.
  • the wall portion 152 is formed integrally with the flat plate portion 151, but it may also be produced separately from the flat plate portion 151 and fixed to the flat plate portion 151.
  • the wall portion 152 determines the position in the X direction where the foam layer 110M is placed on the flat plate portion 151.
  • the wall portion 152 is a thin plate-like member parallel to the YZ plane, and extends in the Y direction.
  • one wall portion 152 is provided at each of the ends of the flat plate portion 151 on the -X direction side and +X direction side.
  • the wall portion 152 may also be provided at the ends of the flat plate portion 151 on the -Y direction side and +Y direction side.
  • the wall portion 152 may also be provided at the ends of the -X direction side and +X direction side, and at the ends of the -Y direction side and +Y direction side.
  • four wall portions 152 are provided along the four sides of the flat plate portion 151, which is rectangular in plan view.
  • An electrostatic sensor 120 is provided on the flat plate portion 151 of the base 150, and a foam layer 110M is provided on the electrostatic sensor 120.
  • the substrate 160 may be a wiring substrate such as a printed wiring board (PWB) or a flexible printed circuit (FPC).
  • the control device 130 is provided on the lower surface of the substrate 160. In FIG. 6, a gap is provided between the flat plate portion 151 of the base portion 150 and the substrate 160, but the flat plate portion 151 may be disposed on the substrate 160.
  • the wiring 125 may connect the electrostatic sensor 120 and the control device 130 in a manner that bypasses the end of the substrate 160, or may be passed through a hole provided in the substrate 160.
  • the wiring 125 may connect the electrostatic sensor 120 and a terminal on the upper surface of the substrate 160, and the control device 130 may be connected to the wiring 125 via the wiring of the substrate 160.
  • the input device 100M may display a symbol on the surface of the skin 140 by illuminating the skin 140 from below with an LED (Light Emitting Diode) or the like provided on the upper surface of the substrate 160.
  • a light-emitting portion having the shape of a symbol and capable of transmitting light is provided on the skin 140, and the LED is used to illuminate the skin 140 from the underside, thereby providing a light-emitting portion having the shape of a symbol.
  • Symbols are, for example, letters, numbers, symbols, diagrams, marks, etc., and represent functions and types of electronic devices installed in the vehicle. Specific examples include switches for power windows and door mirrors, and the controls for air conditioners.
  • the portions of the base 150, the foam layer 110M, and the electrostatic sensor 120 that are located on the light path can be made transparent, or a space that allows light to pass through can be provided.
  • ⁇ Pushing operation> 7A and 7B are diagrams showing an example of a state in which a pressing operation is performed with a fingertip FT on the input device 100M.
  • the detection electrodes 121 and 122 of the electrostatic sensor 120 of the input device 100M are shown.
  • the foam layer 110M, the flat plate portion 151 of the base portion 150, and the substrate 160 are omitted.
  • the detection electrode 121 is provided on the -X direction side of the center of the two wall portions 152 in the X direction.
  • the two detection electrodes 121 are arranged in the Y direction along the wall portion 152 on the -X direction side.
  • the positions of the two detection electrodes 121 in the X direction are equal.
  • the detection electrodes 122 are provided at equal distances from the two walls 152 in the X direction.
  • the two detection electrodes 122 are arranged in the Y direction and are at equal positions in the X direction.
  • a detection electrode 121 may also be arranged on the +X side symmetrically to the detection electrode 121 on the -X side relative to the detection electrode 122, but this will not be discussed here.
  • FIG. 7A shows a state where a pressing operation is performed at a position directly above the detection electrode 122 at the center of the skin 140 in the X direction.
  • FIG. 7B shows a state where a pressing operation is performed at a position directly above the detection electrode 121 at the end of the skin 140 on the -X direction side in the X direction.
  • the center of the skin 140 in the X direction is away from the wall portion 152, so the skin 140 is easily deformed into a concave shape. For this reason, when a pressing operation is performed with a predetermined pressing force on the center of the skin 140 in a plan view, the skin 140 is soft and can be easily pressed downward.
  • the amount of displacement of the skin 140 in the Z direction in this case is D2.
  • the end of the skin 140 on the -X direction side is close to the portion where the skin 140 is adhered to the wall portion 152, and therefore the skin 140 is less likely to deform than the center of the skin 140 in a plan view. For this reason, when a pressing operation is performed with a predetermined pressing force on the end of the skin 140 on the -X direction side, the skin 140 is hard and it is difficult to press it downward. In this case, the displacement amount of the skin 140 in the Z direction is D1, which is smaller than the displacement amount D2.
  • the displacement amounts D1 and D2 when a pressing operation is performed differ between the center of the skin 140 in the X direction and the end of the skin 140 on the -X direction side, and therefore the distance between the fingertip FT and the detection electrodes 121 and 122 also differs.
  • the change in the capacitance value of the detection electrodes 121 and 122 can be made uniform.
  • the areas of the detection electrodes 121 and 122 are designed in advance so that the capacitance values of the corresponding detection electrodes are the same regardless of whether a pressing operation with a predetermined pressing force is performed on the center or end of the skin 140.
  • the determination unit 132 can determine that a pressing operation has been performed with a predetermined pressing force using a common threshold value TH.
  • the determination unit 132 has a predetermined threshold value that is set in advance to determine that a pressing operation has been performed regardless of whether a pressing operation is performed with a predetermined pressing force on any pressing position on the operation surface 140A.
  • the control device 130 determines that a pressing operation has been performed when the pressing force exceeds a predetermined magnitude, whether on the center or end of the skin 140.
  • the capacitance value threshold TH in the control device 130 (determination unit 132) must be set to an appropriate value in advance.
  • the user can perform the pressing operation with the same operational feel whether pressing on the center of the skin 140 in the X direction or on the end of the skin 140 on the -X direction side, and can perform the pressing operation with a predetermined pressing force without feeling any discomfort due to the difference in hardness.
  • the input device 100M of the modified embodiment has been described using Figures 6, 7A, and 7B.
  • the input device 100M includes a foam layer 110M.
  • the input device 100M does not have to include the foam layer 110M. Even if the input device 100M does not include the foam layer 110M, as long as the end of the skin 140 is fixed to the wall portion 152, the amount of displacement will be different when a pressing operation is performed on the center of the skin 140 in the X direction and the end of the skin 140 on the -X direction side. Therefore, even if the input device 100M does not include the foam layer 110M, the capacitance values of the detection electrodes 121 and 122 can be made uniform by making the area of the detection electrode 121 larger than the area of the detection electrode 122.
  • the user can perform the pressing operation with the same feeling regardless of whether the user presses the center of the skin 140 in the X direction or the end of the skin 140 on the -X direction side, and can perform the pressing operation with a specified pressing force without feeling any discomfort due to the difference in hardness.
  • Fig. 8 is a diagram showing an example of the configuration of an electrostatic sensor 120M according to a modified example of the embodiment.
  • the electrostatic sensor 120M has detection electrodes 121 and 122M.
  • the detection electrode 121 is the same as the detection electrode shown in Figures 7A and 7B.
  • the detection electrode 121 is provided in an area A1 that is square in plan view.
  • the outer edge of the detection electrode 121, which is square in plan view, and the outer edge of the area A1 have the same shape and size, and overlap each other.
  • the detection electrode 122M is provided in the region A2 and has an opening 122M1.
  • the outer edge shape and size of the region A2 are equal to the outer edge shape and size of the region A1.
  • the detection electrode 122M is square in a plan view, and the outer edge of the detection electrode 122M and the outer edge of the region A2 are equal in shape and size and overlap each other.
  • Detection electrode 122M is disposed in area A2, which has the same outer edge shape and size as area A1 in which detection electrode 121 is disposed, and therefore has the same outer edge shape and size in a plan view as detection electrode 121, which has a larger area.
  • detection electrode 122M has opening 122M1, which gives it a smaller area than detection electrode 121. The larger the displacement amount D2 of epidermis 140 in the Z direction, the larger opening 122M1 should be made, thereby reducing the area of detection electrode 122M.
  • detection electrode 122M are the same as those of detection electrode 121, so the size of the area in which the fingertip FT can be detected by detection electrodes 121 and 122M can be made equal in plan view.
  • the sensitivity difference when detecting the fingertip FT by detection electrodes 121 and 122M can be reduced.
  • electrostatic sensor 120M even if a pressing operation is performed on a part where the amount of displacement in response to a pressing operation with a predetermined pressing force varies depending on the position on the operation surface, the capacitance values of the multiple detection electrodes 121 and 122 can be made uniform, and the difference in size and sensitivity of the area in which the fingertip FT can be detected can be reduced.
  • the detection electrode 122M may have a notch cut inward from the outer edge of the area A2.
  • the input device 100 includes an input section (foam layer 110) having an operation surface (110A or 140A) operated by an operation object (fingertip FT), and a plurality of detection electrodes 121 and 122 provided on the back side of the operation surface, the input section having a portion in which the amount of displacement in response to a pressing operation with a predetermined pressing force by the operation object (fingertip FT) on the operation surface varies depending on the position on the operation surface, and the plurality of detection electrodes 121 and 122 have a smaller area the greater the amount of displacement when a pressing operation with a predetermined pressing force is performed on a pressing position of the operation surface that overlaps with each of the plurality of detection electrodes 121 and 122 in a plan view.
  • the capacitance values of the plurality of detection electrodes 121 and 122 can be made uniform.
  • an input device 100 that can determine, based on certain criteria, that a pressing operation has been performed on the operation surface.
  • the multiple detection electrodes 121 and 122 are arranged in multiple regions (A1, A2) that have the same outer edge shape and size in a plan view, respectively, and by providing an opening or cutout, the area may be smaller as the amount of displacement increases. Even if a pressing operation is performed on a part where the amount of displacement in response to a pressing operation with a given pressing force varies depending on the position on the operation surface, the capacitance values of the multiple detection electrodes 121 and 122 can be made uniform, and the difference in size and sensitivity of the region in which the fingertip FT can be detected can be reduced.
  • the input device 100 may further include a measurement unit 131 that measures the capacitance value of each of the multiple detection electrodes 121 and 122. Based on the capacitance value of each of the multiple detection electrodes 121 and 122 measured by the measurement unit 131, it is possible to provide an input device 100 that can determine, based on a certain standard, that a pressing operation has been performed on the operation surface.
  • the input device 100 may further include a determination unit 132 that determines that a pressing operation has been performed on the operation surface by the operating object when the capacitance value measured by the measurement unit 131 is equal to or greater than a predetermined threshold value (threshold value TH).
  • a predetermined threshold value e.g., a predetermined threshold value TH
  • the determination unit 132 determines that a pressing operation has been performed, thereby making it possible to provide an input device 100 that can determine, based on a certain standard, that a pressing operation has been performed on the operation surface.
  • the multiple detection electrodes 121 and 122 may have an area such that the capacitance value measured by the measurement unit 131 is the same regardless of whether a pressing operation is performed with a predetermined pressing force at any pressing position on the operation surface.
  • the capacitance values of the multiple detection electrodes 121 and 122 be the same regardless of whether a pressing operation is performed with a predetermined pressing force at any pressing position on the operation surface, it is possible to provide an input device 100 that can determine that a pressing operation has been performed with a common threshold value TH.
  • the determination unit 132 may have a predetermined threshold value (threshold value TH) that is set in advance so as to determine that a pressing operation has been performed, regardless of whether a pressing operation has been performed with a predetermined pressing force at any pressing position on the operation surface 110A. It is possible to reliably determine that a pressing operation has been performed, regardless of whether a pressing operation has been performed with a predetermined pressing force at any pressing position, and it is possible to provide an input device 100 that can determine that a pressing operation has been performed with a common threshold value TH.
  • threshold value TH predetermined threshold value
  • the input device 100 further includes a base 150 that holds the input unit, the base 150 having a wall 152 adjacent to an end of the input unit in a plan view, the input unit having a foam layer 110 and a skin 140 that covers the foam layer 110, and the end of the skin 140 may be fixed to an end of the wall 152 that is adjacent to the end of the input unit.
  • a base 150 that holds the input unit
  • the base 150 having a wall 152 adjacent to an end of the input unit in a plan view
  • the input unit having a foam layer 110 and a skin 140 that covers the foam layer 110
  • the end of the skin 140 may be fixed to an end of the wall 152 that is adjacent to the end of the input unit.

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Abstract

操作面に押込操作が行われたことを一定の基準で判定可能な入力装置を提供する。　入力装置は、操作体によって操作される操作面を有する入力部と、前記操作面の裏側に設けられる複数の検出電極とを含み、前記入力部は、前記操作体による前記操作面への所定の押込力での押込操作に対する変位量が前記操作面の位置によって異なる部分を有し、前記複数の検出電極は、前記操作面のうちの平面視で前記複数の検出電極の各々と重なる押込位置に対して前記所定の押込力で押込操作が行われた場合の変位量が大きいほど、小さな面積を有する。

Description

入力装置
　本開示は、入力装置に関する。
　従来より、複数の正極が同一平面上でアレイ状に配置された第１電極板と単一の負極が配置された第２電極板との間にシリンダを設けて複数のコンデンサを形成する静電容量式の荷重センサと、前記荷重センサの前記第２電極板に加えられる外力に応じて変化する前記各コンデンサの静電容量を検出する静電容量検出部とを含む触力覚検知装置がある。触力覚検知装置は、前記静電容量検出部により検出された前記各コンデンサの静電容量の変化量に基づいて、前記シリンダに加わる荷重の分布を表す分布荷重を計測する分布荷重計測部と、前記分布荷重に対する前記各シリンダの伸縮量および当該分布荷重のパターンの関係性に基づいて、前記第２電極板に加えられる外力の総荷重および荷重中心位置を算出する荷重情報算出部とを含む（例えば、特許文献１参照）。
特開２０２０－１８７０６９号公報
　ところで、従来の触力覚検知装置は、操作面の固さが不均一な場合を想定していないため、操作面の固さが不均一な場合に、操作面を押し込む押込操作が行われたことを一定の基準で判定することができない。
　そこで、操作面に押込操作が行われたことを一定の基準で判定可能な入力装置を提供することを目的とする。
　本開示の実施形態の入力装置は、操作体によって操作される操作面を有する入力部と、前記操作面の裏側に設けられる複数の検出電極とを含み、前記入力部は、前記操作体による前記操作面への所定の押込力での押込操作に対する変位量が前記操作面の位置によって異なる部分を有し、前記複数の検出電極は、前記操作面のうちの平面視で前記複数の検出電極の各々と重なる押込位置に対して前記所定の押込力で押込操作が行われた場合の変位量が大きいほど、小さな面積を有する。
　操作面に押込操作が行われたことを一定の基準で判定可能な入力装置を提供することができる。
実施形態の入力装置の構成の一例を示す図である。 比較用の入力装置に指先で押込操作を行っている状態の一例を示す図である。 比較用の入力装置に指先で押込操作を行っている状態の一例を示す図である。 比較用の入力装置の静電センサの出力の一例を示す図である。 実施形態の入力装置に指先で押込操作を行っている状態の一例を示す図である。 実施形態の入力装置に指先で押込操作を行っている状態の一例を示す図である。 実施形態の入力装置の静電センサの出力の一例を示す図である。 実施形態の変形例の入力装置の断面構成の一例を示す図である。 実施形態の変形例の入力装置１００に指先で押込操作を行っている状態の一例を示す図である。 実施形態の変形例の入力装置１００に指先で押込操作を行っている状態の一例を示す図である。 実施形態の変形例の静電センサの構成の一例を示す図である。
　以下、本開示の入力装置を適用した実施形態について説明する。
　以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。Ｘ軸に平行な方向（Ｘ方向）、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）、Ｚ軸に平行な方向（Ｚ方向）は、互いに直交する。以下では、一例として、＋Ｚ方向側を上側、－Ｚ方向側を下側とする上下方向を用いて説明するが、普遍的な上下方向を表すものではない。また、平面視とはＸＹ面視することをいう。また、以下では構成が分かり易くなるように各部の長さ、太さ、厚さ等を誇張して示す場合がある。
　＜実施形態＞
　図１は、実施形態の入力装置１００の構成の一例を示す図である。入力装置１００は、発泡層１１０、静電センサ１２０、及び制御装置１３０を含む。発泡層１１０は、入力部の一例であり、発泡層１１０の上面は、操作面１１０Ａである。
　入力装置１００は、利用者が指先ＦＴで操作面１１０Ａを下方向に押し込む押込操作を行い、指先ＦＴと静電センサ１２０との間の静電容量値に基づいて押込操作が行われたことを判定すると、操作内容を確定する装置である。入力装置１００は、指先ＦＴ以外にも手等で操作可能であるが、以下では指先ＦＴで操作する形態について説明する。利用者の指先ＦＴや手等は、操作体の一例である。
　入力装置１００は、一例として車両のドアパネルやアームレスト等のクッション性を有する部分に取り付けることができるが、車両のその他の部分に取り付けられていてもよく、車両に限らず、列車や航空機等に搭載されてもよい。また、車両、列車、又は航空機等の移動体に限らず、建物等の内部等に取り付けられてもよい。以下では、一例として、入力装置１００が車両に搭載される形態について説明する。
　＜発泡層１１０＞
　発泡層１１０は、静電センサ１２０の上に配置されている。図１では、静電センサ１２０の構成を分かり易く示すために、発泡層１１０と静電センサ１２０とを分けて示すが、実際には、静電センサ１２０の上に発泡層１１０が重なった状態で配置される。
　発泡層１１０は、発泡ウレタン、発泡スポンジ、又は発泡ゴム等の発泡材で作製可能でありクッション性を有する。発泡層１１０の上面は、図示しない表皮によって覆われていてもよい。この場合には、表皮の上面が入力装置１００の操作面になる。
　発泡層１１０は、発泡層１１１及び発泡層１１２を有する。発泡層１１１及び発泡層１１２のＺ方向の厚さは同一であり、上面の高さは揃えられている。発泡層１１１は、発泡層１１２よりも固く、発泡層１１２は、発泡層１１１よりも柔らかい。発泡層１１１及び発泡層１１２は、別々に作製されてもよく、一体的に作製されていてもよい。
　＜静電センサ１２０＞
　静電センサ１２０は、発泡層１１０の下に設けられている。静電センサ１２０は、一例として、基板１２０Ａと、複数の検出電極１２１及び１２２とを有する。より具体的には、静電センサ１２０は、一例として、検出電極１２１及び１２２を２つずつ有する。検出電極１２１及び１２２は、一例として、基板１２０Ａの＋Ｚ方向側の表面に設けられている。基板１２０Ａは、配線基板である。２つの検出電極１２１は、発泡層１１１の下に位置し、２つの検出電極１２２は、発泡層１１２の下に位置する。
　検出電極１２１の平面視での面積は、検出電極１２２の平面視での面積よりも大きい。この理由については後述する。検出電極１２１及び１２２は、配線１２５を介して制御装置１３０に接続されている。なお、静電センサ１２０は、検出電極１２１及び１２２を少なくとも１つずつ有していればよい。静電センサ１２０は、Ｘ方向における位置が異なる３つ以上の検出電極を有していてもよい。
　＜制御装置１３０＞
　制御装置１３０は、測定部１３１及び判定部１３２を有する。図１には、一例として、測定部１３１及び判定部１３２が１つの制御装置１３０の内部に配置される構成を示すが、測定部１３１及び判定部１３２は、例えば別々のＩＣ(Integrated Circuit)やＭＣＵ(Micro Controller Unit)等で構成されてもよい。測定部１３１及び判定部１３２は、ＭＣＵがコンピュータプログラムを実行することによって実現される機能ブロックであってもよい。
　測定部１３１は、検出電極１２１及び１２２の各々の静電容量値を測定し、判定部１３２に出力する。
　判定部１３２は、測定部１３１によって測定された静電容量値が所定の閾値以上である場合に、操作体による操作面１１０Ａへの押込操作が行われたことを判定する。
　＜押込操作＞
　ここでは、比較用の入力装置１を用いて押込操作における問題点を説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、比較用の入力装置１に指先ＦＴで押込操作を行っている状態の一例を示す図である。比較用の入力装置１は、入力装置１００の静電センサ１２０（図１参照）を静電センサ２０に交換した構成を有する。静電センサ２０は、平面視での面積が等しい複数の検出電極２１及び２２を有する。
　以下では、所定の押込力で発泡層１１１及び１１２に押込操作を行う場合について説明する。発泡層１１１及び１１２に押込操作を行う際の所定の押込力は同一である。なお、所定の押込力は、一例として、操作面１１０Ａを軽く押し下げる程度の力である。
　図２Ａには、比較用の入力装置１のうちの発泡層１１１の部分のみを示す。比較用の入力装置１では、発泡層１１１の下に検出電極２１が設けられている。また、図２Ｂには、比較用の入力装置１のうちの発泡層１１２の部分のみを示す。比較用の入力装置１では、発泡層１１２の下に検出電極２２が設けられている。なお、図２Ａ及び図２Ｂでは、配線１２５及び制御装置１３０を省略する。
　発泡層１１１は固いため、図２Ａに示すように、所定の押込力で押込操作を行った場合に、下方向に押し込み難い。この場合の発泡層１１１の上面（操作面１１０Ａ）のＺ方向における変位量はＤ１である。
　発泡層１１２は、発泡層１１１（図２Ａ参照）よりも柔らかいので、凹状に変形し易い。このため、図２Ｂに示すように、発泡層１１２の上面（操作面１１０Ａ）に所定の押込力で押込操作を行うと、下方向に押し込み易い。この場合の発泡層１１２の上面（操作面１１０Ａ）のＺ方向における変位量はＤ２である。変位量Ｄ２は、変位量Ｄ１よりも大きい。
　発泡層１１２は、発泡層１１１よりも柔らかくて変形し易いため、図２Ａの場合と同じ所定の押込力による変位量Ｄ２は、図２Ａにおける変位量Ｄ１よりも大きくなる。このため、発泡層１１２に所定の押込力で押込操作を行ったときの指先ＦＴと検出電極２２とのＺ方向の距離Ｌ２は、発泡層１１１に所定の押込力で押込操作を行ったときの指先ＦＴと検出電極２１とのＺ方向の距離Ｌ１よりも短くなる。
　静電センサ２０の出力は、指先ＦＴと、指先ＦＴの真下に位置する検出電極との間の静電容量値を表すため、同じ力で押込操作を行うと、図２Ａのように固い発泡層１１１に押込操作を行った場合と、図２Ｂのように柔らかい発泡層１１２に押込操作を行った場合とで異なる。変位量Ｄ１とＤ２が異なるからである。
　より具体的には、図２Ｂのように柔らかい発泡層１１２に押込操作を行った場合の静電センサ２０の出力（静電容量値）は、図２Ａのように固い発泡層１１１に押込操作を行った場合の静電センサ２０の出力（静電容量値）よりも大きい。指先ＦＴと検出電極との間の距離は、図２Ｂの場合の距離Ｌ２の方が、図２Ａの場合の距離Ｌ１よりも短いからである。
　このように、発泡層１１０が固さの異なる発泡層１１１及び１１２を有することは、発泡層１１０が、指先ＦＴによる操作面１１０Ａへの所定の押込力での押込操作に対する変位量が操作面１１０Ａの位置によって異なる部分を有することである。
　＜静電センサ２０の出力＞
　図３は、比較用の入力装置１の静電センサ２０の出力の一例を示す図である。図３には、図２Ａのように固い発泡層１１１に所定の押込力で押込操作を行った場合の静電センサ２０の検出電極２１の静電容量値（破線）と、図２Ｂのように柔らかい発泡層１１２に所定の押込力で押込操作を行った場合の静電センサ２０の検出電極２２の静電容量値（実線）とを示す。
　図３の横軸は、時間（秒）を表す。固い発泡層１１１に対する押込操作と、柔らかい発泡層１１２に対する押込操作とは、時間経過に対して同様に行われることとする。より具体的には、指先ＦＴは、０秒の時点では操作面１１０Ａから十分に離れており、時間経過に従って操作面１１０Ａに近づき、１０秒の時点で操作面１１０Ａにタッチし、１０秒以降に押込操作を行う。
　また、図３の縦軸は、静電センサ２０の出力（検出電極２１及び２２の静電容量値）を表す。検出電極２１及び２２の静電容量値は、静電容量のカウント値で表される。静電容量のカウント値は、検出電極２１及び２２の静電容量値（アナログ値）をデジタル変換し、所定の基準値を減算して得る差分値である。所定の基準値は、静電センサ２０に対して指先ＦＴによる操作が行われていない状態における検出電極２１及び２２の静電容量値に相当する静電容量のカウント値に相当し、ノイズフロアを表す。また、閾値ＴＨは、押込操作が行われたと制御装置１３０が判定する閾値であり、ここでは静電容量値で４５であるものとして説明する。
　実線で示すように、柔らかい発泡層１１２に所定の押込力で押込操作を行う際には、２０秒の時点で検出電極２２の静電容量値が閾値ＴＨ以上になり、２０秒以降では静電容量値は５０で一定値になる。２０秒以降では、所定の押込力と発泡層１１２の反力とがつり合い、それ以上押し込めない状態になっている。
　破線で示すように、固い発泡層１１１に所定の押込力で押込操作を行う際には、２０秒の時点で検出電極２１の静電容量値は閾値ＴＨ未満であり、２０秒以降では静電容量値は約２８で一定値になる。２０秒以降では、所定の押込力と発泡層１１１の反力とがつり合い、それ以上押し込めない状態になっている。
　このように、所定の押込力で発泡層１１１及び１１２に対して押込操作を行うと、発泡層１１１及び１１２の固さが異なるため、発泡層１１２に対して押込操作を行った場合には押込操作が行われたと判定されるが、発泡層１１１に対して押込操作を行った場合には押込操作が行われていないと判定されることになる。発泡層１１１において押込操作を完了するには、所定の押込力よりも大きな力で押込操作を行う必要があることになる。
　なお、閾値ＴＨを例えば２０くらいに低下させることで、固い発泡層１１１と柔らかい発泡層１１２との両方に対して所定の押込力で押込操作が行われたことを判定することも考えられる。しかしながら、閾値ＴＨを例えば２０くらいに低下させると、柔らかい発泡層１１２については、所定の押込力よりも弱い押込力で押込操作が行われた場合にも押込操作が行われたと判定することになり、操作感の違いが生じてしまう。このような理由から、閾値ＴＨを変更せずに、上述のような問題を解決する。
　＜静電センサ１２０の検出電極１２１及び１２２の面積＞
　入力装置１００は、検出電極１２１の面積を検出電極１２２の面積よりも大きくすることで、上述のような問題を解決する。
　図４Ａ及び図４Ｂは、実施形態の入力装置１００に指先ＦＴで押込操作を行っている状態の一例を示す図である。発泡層１１１に所定の押込力で押込操作を行った場合の発泡層１１１の変位量はＤ１であり、指先ＦＴと検出電極１２１との間の距離はＬ１である。発泡層１１２に所定の押込力で押込操作を行った場合の発泡層１１２の変位量はＤ２であり、指先ＦＴと検出電極１２１との間の距離はＬ２である。変位量Ｄ１は変位量Ｄ２よりも小さく、距離Ｌ１は距離Ｌ２よりも長い。
　このような発泡層１１１及び１１２に同一の所定の押込力で押込操作が行われたときに測定部１３１で測定される検出電極１２１及び１２２の静電容量値を揃えるために、検出電極１２１の面積を検出電極１２２の面積よりも大きくする。測定部１３１で測定される検出電極１２１及び１２２の静電容量値を揃えるとは、測定部１３１で測定される検出電極１２１及び１２２の静電容量値を同一にすることである。なお、検出電極１２１及び１２２の静電容量値が同一であるとは、実施形態の効果を損なわない程度のずれや誤差を許容するものとする。
　静電容量値は、検出電極１２１及び１２２の面積に比例し、指先ＦＴと検出電極１２１及び１２２のとの間の距離Ｌ１及びＬ２に反比例するため、距離Ｌ１及びＬ２の違いの分が相殺されるように、検出電極１２１及び１２２の面積を決定すればよい。
　検出電極１２１及び１２２は、操作面１１０Ａのうちの平面視で検出電極１２１及び１２２の各々と重なる押込位置に対して所定の押込力で押込操作が行われた場合の変位量が大きいほど、小さな面積を有する構成であればよい。なお、検出電極１２１及び１２２は、一例としてともに正方形であり、開口部や切欠部を有さない。このため、検出電極１２１及び１２２の平面視でのサイズが異なる。
　＜静電センサ１２０の出力＞
　図５は、実施形態の入力装置１００の静電センサ１２０の出力の一例を示す図である。図５には、図４Ａのように固い発泡層１１１に所定の押込力で押込操作を行った場合の静電センサ１２０の検出電極１２１の静電容量値（破線）と、図４Ｂのように柔らかい発泡層１１２に所定の押込力で押込操作を行った場合の静電センサ１２０の検出電極１２２の静電容量値（実線）とを示す。
　図５の横軸は、時間（秒）を表す。図５の縦軸は、静電センサ１２０の出力（静電容量のカウント値）を表す。静電容量のカウント値は、静電センサ１２０の出力である静電容量値（アナログ値）をデジタル変換し、所定の基準値を減算して得る差分値である。ここでは、図３を用いて説明した場合と同様に、時間経過に伴って操作が行われる場合について説明する。また図３の場合と同様に、静電容量値の閾値ＴＨは４５であるものとして説明する。
　実線で示すように、柔らかい発泡層１１２に所定の押込力で押込操作を行う際には、０秒の時点では操作面１１０Ａから十分に離れており、時間経過に従って操作面１１０Ａに近づき、１０秒の時点で操作面１１０Ａにタッチし、１０秒以降に押込操作を行う。２０秒の時点で検出電極１２２の静電容量値が閾値ＴＨ以上になり、２０秒以降では静電容量値は５０で一定値になる。２０秒以降では、所定の押込力と発泡層１１２の反力とがつり合い、それ以上押し込めない状態になっている。
　また、破線で示すように、固い発泡層１１１に所定の押込力で押込操作を行う際には、０秒の時点では操作面１１０Ａから十分に離れており、時間経過に従って操作面１１０Ａに近づき、１０秒の時点で操作面１１０Ａにタッチし、１０秒以降に押込操作を行う。２０秒の時点で検出電極１２１の静電容量値は閾値ＴＨ以上になり、２０秒以降では静電容量値は約５０で一定値になる。２０秒以降では、所定の押込力と発泡層１１１の反力とがつり合い、それ以上押し込めない状態になっている。
　このように、発泡層１１１及び１１２の固さが異なる場合に、距離Ｌ１及びＬ２の違いが相殺されるように検出電極１２１の面積を検出電極１２２の面積よりも大きくすることで、発泡層１１１及び１１２に同一の所定の押込力で押込操作を行った場合に、検出電極１２１及び１２２の静電容量値の変化を均一化することができる。言い換えれば、検出電極１２１の面積と検出電極１２２の面積は、所定の大きさの押込力による押込操作が発泡層１１１あるいは１１２に対して行われた場合に、対応する検出電極の静電容量値が同じ大きさとなるように、予め設計されている。この結果、判定部１３２は、押込操作が行われたことを共通の閾値ＴＨ（一定の基準）を用いて判定可能になる。すなわち、判定部１３２は、操作面１１０Ａのいずれの押込位置に対して所定の押込力で押込操作が行われた場合においても、押込操作が行われたことを判定するように予め設定された所定の閾値を有する。言い換えれば、制御装置１３０は、固さの異なる発泡層１１１および１１２のいずれに対しても、押込力が所定の大きさを越えた場合に押込操作が行われたと判定する。これを実現するために、制御装置１３０（判定部１３２）における静電容量値の閾値ＴＨは、適切な値に予め設定されている必要がある。利用者は、固さが異なる発泡層１１１及び１１２のどちらに対して押込操作を行っても、同様の操作感で押込操作を行うことができ、発泡層１１１及び１１２の固さが異なることによる違和感を覚えることなく、所定の押込力で押込操作を行うことができる。
　＜実施形態の変形例＞
　図６は、実施形態の変形例の入力装置１００Ｍの断面構成の一例を示す図である。入力装置１００Ｍは、発泡層１１０Ｍ、静電センサ１２０、制御装置１３０、表皮１４０、基部１５０、及び基板１６０を含む。発泡層１１０Ｍ及び表皮１４０は、入力部の一例であり、表皮１４０の上面は、操作面１４０Ａである。
　入力装置１００Ｍは、一例として車両のドアパネルやアームレスト等のクッション性を有する部分に取り付けることができるが、車両のその他の部分に取り付けられていてもよく、車両に限らず、列車や航空機等に搭載されてもよい。また、車両、列車、又は航空機等の移動体に限らず、建物等の内部等に取り付けられてもよい。ここでは、一例として、入力装置１００Ｍが車両に搭載される形態について説明する。
　静電センサ１２０及び制御装置１３０の構成は、図１に示す入力装置１００の静電センサ１２０及び制御装置１３０と同様であるため、以下では、発泡層１１０Ｍ、基部１５０、表皮１４０、及び基板１６０について説明する。なお、入力装置１００は、表皮１４０の上面である操作面１４０Ａに対して押込操作を行う装置である。
　＜発泡層１１０Ｍ＞
　発泡層１１０Ｍは、基部１５０の平板部１５１の上に設けられた静電センサ１２０の上に配置されており、２つの壁部１５２の間に設けられている。発泡層１１０ＭのＺ方向の厚さは、一例として、壁部１５２のＺ方向の高さと揃えられている。発泡層１１０Ｍは、発泡ウレタン、発泡スポンジ、又は発泡ゴム等の発泡材で作製可能でありクッション性を有する。発泡層１１０Ｍの上面は、表皮１４０によって覆われている。
　発泡層１１０Ｍは、静電センサ１２０のすべての複数の検出電極１２１及び１２２の上に設けられる部分の固さが一定である点が、図１に示す発泡層１１０（発泡層１１１及び１１２）と異なる。
　＜表皮１４０＞
　表皮１４０は、樹脂、合成繊維、合成皮革、又は皮革等で構成される伸縮性を有するカバーであり、発泡層１１０Ｍの上面の全体を覆っている。表皮１４０は、一例として平面視で矩形状であり、四辺に沿った端部は、基部１５０の壁部１５２の上端に接着剤１５３によって接着されている。なお、接着剤１５３の代わりに両面テープを用いてもよく、また、表皮１４０の端部と、壁部１５２の上端とが物理的に係合することで固定されていてもよい。
　＜基部１５０＞
　基部１５０は、入力装置１００Ｍのベースになる部分であり、平板部１５１及び壁部１５２を有する。基部１５０は、一例として樹脂等の絶縁体で作製可能である。
　平板部１５１は、静電センサ１２０及び発泡層１１０Ｍを保持する板状の部分である。平板部１５１は、一例として平面視で矩形状であるが、矩形状に限らず、様々な形状であってよい。
　壁部１５２は、平板部１５１の－Ｘ方向側及び＋Ｘ方向側の端から＋Ｚ方向に延在している。壁部１５２は、一例として、平板部１５１と一体的に形成されているが、平板部１５１とは別に作製されて平板部１５１に固定されていてもよい。壁部１５２は、平板部１５１の上で発泡層１１０Ｍを配置する位置をＸ方向において規定している。壁部１５２は、ＹＺ平面に平行な薄い板状部材であり、Ｙ方向に延在している。
　ここでは、一例として、平板部１５１の－Ｘ方向側及び＋Ｘ方向側の端に壁部１５２が１つずつ設けられている形態について説明する。ただし、壁部１５２は、平板部１５１の－Ｙ方向側及び＋Ｙ方向側の端に設けられていてもよい。また、壁部１５２は、－Ｘ方向側及び＋Ｘ方向側の端と、－Ｙ方向側及び＋Ｙ方向側の端とに設けられていてもよい。この場合は、平面視で矩形状の平板部１５１の四辺に沿って、４つの壁部１５２が設けられることになる。
　基部１５０の平板部１５１の上には静電センサ１２０が設けられ、静電センサ１２０の上には発泡層１１０Ｍが設けられている。
　＜基板１６０＞
　基板１６０は、一例として、ＰＷＢ(Printed Wiring Board)又はＦＰＣ(Flexible Printed Circuit)等の配線基板を用いることができる。一例として、基板１６０の下面には、制御装置１３０が設けられている。なお、図６では、基部１５０の平板部１５１と基板１６０との間には間隔が空けられているが、基板１６０の上に平板部１５１が重ねて配置されていてもよい。また、配線１２５は、基板１６０の端部を迂回する形で静電センサ１２０と制御装置１３０との間を接続していてもよく、基板１６０に設けた孔部に通されていてもよい。また、配線１２５は、静電センサ１２０と基板１６０の上面の端子等との間を接続していて、制御装置１３０は、基板１６０の配線等を介して配線１２５に接続されていてもよい。
　なお、入力装置１００Ｍは、基板１６０の上面等に設けたＬＥＤ(Light Emitting Diode)等で表皮１４０を下側から照光することによって、表皮１４０の表面にシンボルを表示してもよい。シンボルの形状を有し、光を透過可能な部分を表皮１４０に設けておき、表皮１４０の下面側からＬＥＤで照光することで、シンボルの形状を有する発光部を設けることができる。
　シンボルとは、例えば文字、数字、記号、線図、マーク等であり、一例として、車両に搭載される電子機器の機能や種類等を表す。具体例としては、パワーウィンドウやドアミラーのスイッチやエアコンディショナの操作部等が挙げられる。
　このように、シンボルの形状を有する発光部を設けるために、ＬＥＤを基板１６０の上面に配置する場合には、基部１５０、発泡層１１０Ｍ、及び静電センサ１２０のうち、光路上に位置する部分を透明にするか、又は、光が透過可能な空間を設ければよい。
　＜押込操作＞
　図７Ａ及び図７Ｂは、入力装置１００Ｍに指先ＦＴで押込操作を行っている状態の一例を示す図である。図７Ａ及び図７Ｂには、入力装置１００Ｍの静電センサ１２０の検出電極１２１及び１２２を示す。また、図７Ａ及び図７Ｂでは、発泡層１１０Ｍ、基部１５０の平板部１５１、及び基板１６０を省略する。
　検出電極１２１は、Ｘ方向において、２つの壁部１５２の中心よりも－Ｘ方向側に設けられている。２つの検出電極１２１は、－Ｘ方向側の壁部１５２に沿って、Ｙ方向に配列されている。２つの検出電極１２１のＸ方向の位置は等しい。
　検出電極１２２は、Ｘ方向において、２つの壁部１５２から等距離の位置に設けられている。２つの検出電極１２２は、Ｙ方向に配列されており、Ｘ方向の位置は等しい。
　なお、検出電極１２２に対する－Ｘ方向側の検出電極１２１と対称に、＋Ｘ方向側にも検出電極１２１が配置されていてもよいが、ここでは省略する。
　図７Ａには、Ｘ方向における表皮１４０の中央部で検出電極１２２の真上の位置において押込操作を行っている状態を示す。図７Ｂには、Ｘ方向における表皮１４０の－Ｘ方向側の端部で検出電極１２１の真上の位置において押込操作を行っている状態を示す。
　図７Ａに示すように、Ｘ方向における表皮１４０の中央部は、壁部１５２から離れているので、表皮１４０は凹状に変形し易い。このため、平面視における表皮１４０の中央部に所定の押込力で押込操作を行うと、表皮１４０が柔らかく、下方向に押し込み易い。この場合の表皮１４０のＺ方向における変位量はＤ２である。
　また、図７Ｂに示すように、表皮１４０の－Ｘ方向側の端部は、表皮１４０が壁部１５２に接着されている部分に近いので、平面視における表皮１４０の中央部に比べると、表皮１４０は変形し難い。このため、表皮１４０の－Ｘ方向側の端部に所定の押込力で押込操作を行うと、表皮１４０が固く、下方向に押し込み難い。この場合の表皮１４０のＺ方向における変位量はＤ１であり、変位量Ｄ１は変位量Ｄ２よりも小さい。
　このように、Ｘ方向における表皮１４０の中央部と、表皮１４０の－Ｘ方向側の端部とでは、押込操作を行った場合の変位量Ｄ１及びＤ２が異なるため、指先ＦＴと検出電極１２１及び１２２との間の距離も異なる。
　このような変位量Ｄ１及びＤ２の違いによる指先ＦＴと検出電極１２１及び１２２との間の距離の違いが相殺されるように検出電極１２１の面積を検出電極１２２の面積よりも大きくすれば、検出電極１２１及び１２２の静電容量値の変化を均一化することができる。言い換えれば、検出電極１２１の面積と検出電極１２２の面積は、所定の大きさの押込力による押込操作が表皮１４０の中央部あるいは端部のいずれに対して行われた場合であっても、対応する検出電極の静電容量値が同じ大きさとなるように、予め設計されている。この結果、判定部１３２は、所定の押込力で押込操作が行われたことを共通の閾値ＴＨを用いて判定可能になる。すなわち、判定部１３２は、操作面１４０Ａのいずれの押込位置に対して所定の押込力で押込操作が行われた場合においても、押込操作が行われたことを判定するように予め設定された所定の閾値を有する。言い換えれば、制御装置１３０は、表皮１４０の中央部あるいは端部のいずれに対しても、押込力が所定の大きさを越えた場合に押込操作が行われたと判定する。これを実現するために、制御装置１３０（判定部１３２）における静電容量値の閾値ＴＨは、適切な値に予め設定されている必要がある。そして、利用者は、Ｘ方向における表皮１４０の中央部と、表皮１４０の－Ｘ方向側の端部とのどちらに対して押込操作を行っても、同様の操作感で押込操作を行うことができ、固さが異なることによる違和感を覚えることなく、所定の押込力で押込操作を行うことができる。
　なお、ここでは、図６と図７Ａ及び図７Ｂを用いて、実施形態の変形例の入力装置１００Ｍについて説明した。入力装置１００Ｍは、発泡層１１０Ｍを含む。しかしながら、入力装置１００Ｍは、発泡層１１０Ｍを含まなくてもよい。入力装置１００Ｍが発泡層１１０Ｍを含まなくても、表皮１４０の端部が壁部１５２に固定されていれば、Ｘ方向における表皮１４０の中央部と、表皮１４０の－Ｘ方向側の端部とに対して押込操作を行った場合に変位量が異なる。このため、入力装置１００Ｍが発泡層１１０Ｍを含まない場合においても、検出電極１２１の面積を検出電極１２２の面積よりも大きくすることで、検出電極１２１及び１２２の静電容量値を揃えることができる。そして、利用者は、Ｘ方向における表皮１４０の中央部と、表皮１４０の－Ｘ方向側の端部とのどちらに対して押込操作を行っても、同様の操作感で押込操作を行うことができ、固さが異なることによる違和感を覚えることなく、所定の押込力で押込操作を行うことができる。
　＜実施形態の変形例の静電センサ１２０Ｍ＞
　以上では、検出電極１２１及び１２２の面積が異なり、検出電極１２１及び１２２の平面視でのサイズが異なる形態について説明した。しかしながら、検出電極１２１及び１２２は、図８に示すような構成であってもよい。図８は、実施形態の変形例の静電センサ１２０Ｍの構成の一例を示す図である。
　静電センサ１２０Ｍは、検出電極１２１及び１２２Ｍを有する。検出電極１２１は、図７Ａ及び図７Ｂに示す検出電極と同一である。検出電極１２１は、平面視で正方形の領域Ａ１内に設けられている。一例として平面視で正方形の検出電極１２１の外縁と、領域Ａ１の外縁とは、形状及びサイズが等しく、互いに重なり合っている。
　検出電極１２２Ｍは、領域Ａ２内に設けられており、開口部１２２Ｍ１を有する。領域Ａ２の外縁形状及びサイズは、領域Ａ１の外縁形状及びサイズと等しい。検出電極１２２Ｍは、一例として平面視で正方形であり、検出電極１２２Ｍの外縁と、領域Ａ２の外縁とは、形状及びサイズが等しく、互いに重なり合っている。
　検出電極１２２Ｍは、検出電極１２１が配置される領域Ａ１と、外縁形状及びサイズが等しい領域Ａ２内に配置されているため、より大きな面積を有する検出電極１２１と平面視での外縁形状及びサイズが等しい。しかしながら検出電極１２２Ｍは、開口部１２２Ｍ１を有することで、検出電極１２１よりも小さい面積を実現している。表皮１４０のＺ方向における変位量Ｄ２が大きいほど、開口部１２２Ｍ１を大きくして、検出電極１２２Ｍの面積を小さくすればよい。
　このような検出電極１２２Ｍの外縁形状及びサイズは、検出電極１２１の外縁形状及びサイズと等しいため、検出電極１２１及び１２２Ｍで指先ＦＴを検出可能な領域のサイズを平面視で等しくすることができる。また、検出電極１２１及び１２２Ｍで指先ＦＴを検出する際の感度差を少なくすることができる。すなわち、静電センサ１２０Ｍを用いることで、所定の押込力での押込操作に対する変位量が操作面の位置によって異なる部分に対して押込操作が行われても、複数の検出電極１２１及び１２２の静電容量値を揃えることができるとともに、指先ＦＴを検出可能な領域のサイズの差や感度差を低減することができる。
　なお、検出電極１２２Ｍは、開口部１２２Ｍ１の代わりに、領域Ａ２の外縁から内側に切り欠かれた切欠部を有する構成を有していてもよい。
　＜効果＞
　入力装置１００は、操作体（指先ＦＴ）によって操作される操作面（１１０Ａ又は１４０Ａ）を有する入力部（発泡層１１０）と、操作面の裏側に設けられる複数の検出電極１２１及び１２２とを含み、入力部は、操作体（指先ＦＴ）による操作面への所定の押込力での押込操作に対する変位量が操作面の位置によって異なる部分を有し、複数の検出電極１２１及び１２２は、操作面のうちの平面視で複数の検出電極１２１及び１２２の各々と重なる押込位置に対して所定の押込力で押込操作が行われた場合の変位量が大きいほど、小さな面積を有する。このため、所定の押込力での押込操作に対する変位量が操作面の位置によって異なる部分に対して押込操作が行われても、複数の検出電極１２１及び１２２の静電容量値を揃えることができる。
　したがって、操作面に押込操作が行われたことを一定の基準で判定可能な入力装置１００を提供することができる。
　また、複数の検出電極１２１及び１２２は、平面視での外縁形状及びサイズが等しい複数の領域（Ａ１、Ａ２）内にそれぞれ配置されており、開口部又は切欠部が設けられることで、変位量が大きいほど、小さな面積を有していてもよい。所定の押込力での押込操作に対する変位量が操作面の位置によって異なる部分に対して押込操作が行われても、複数の検出電極１２１及び１２２の静電容量値を揃えることができるとともに、指先ＦＴを検出可能な領域のサイズの差や感度差を低減することができる。
　また、複数の検出電極１２１及び１２２の各々の静電容量値を測定する測定部１３１をさらに含んでもよい。測定部１３１で測定された複数の検出電極１２１及び１２２の各々の静電容量値に基づいて、操作面に押込操作が行われたことを一定の基準で判定可能な入力装置１００を提供することができる。
　また、測定部１３１によって測定された静電容量値が所定の閾値（閾値ＴＨ）以上である場合に、操作体による操作面への押込操作が行われたことを判定する判定部１３２をさらに含んでもよい。測定部１３１で測定された複数の検出電極１２１及び１２２の各々の静電容量値が所定の閾値（閾値ＴＨ）以上である場合に、押込操作が行われたことを判定部１３２が判定することで、操作面に押込操作が行われたことを一定の基準で判定可能な入力装置１００を提供することができる。
　複数の検出電極１２１及び１２２は、操作面のいずれの押込位置に対して所定の押込力で押込操作が行われた場合においても、測定部１３１によって測定される静電容量値が同一になる面積を有していてもよい。操作面のいずれの押込位置に対して所定の押込力で押込操作が行われた場合においても、複数の検出電極１２１及び１２２の静電容量値が同一になることで、共通の閾値ＴＨで押込操作が行われたことを判定可能な入力装置１００を提供することができる。
　判定部１３２は、操作面１１０Ａのいずれの押込位置に対して所定の押込力で押込操作が行われた場合においても、押込操作が行われたことを判定するように予め設定された所定の閾値（閾値ＴＨ）を有していてもよい。いずれの押込位置に対して所定の押込力で押込操作が行われた場合においても、押込操作が行われたことを確実に判定することができ、共通の閾値ＴＨで押込操作が行われたことを判定可能な入力装置１００を提供することができる。
　入力部を保持する基部１５０をさらに含み、基部１５０は、入力部の平面視における端部に隣接する壁部１５２を有し、入力部は、発泡層１１０と、発泡層１１０を覆う表皮１４０とを有し、表皮１４０の端部は、壁部１５２のうちの入力部の端部に隣接する端部に固定されていてもよい。表皮１４０の端部が壁部１５２に固定されることで、表皮１４０の中央側と端部側とで表皮１４０の変位量が異なる場合であっても、操作面に押込操作が行われたことを一定の基準で判定可能な入力装置１００を提供することができる。
　以上、本開示の例示的な実施形態の入力装置について説明したが、本開示は、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、２０２３年６月１日に出願した日本国特許出願２０２３－０９０６７８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、１００Ｍ　入力装置
１１０、１１０Ｍ　発泡層
１１０Ａ　操作面
１１１、１１２　発泡層
１２０、１２０Ｍ　静電センサ
１２０Ａ　基板
１２１、１２２、１２２Ｍ　検出電極
１２２Ｍ１　開口部
１３０　制御装置
１３１　測定部
１３２　判定部
１４０　表皮
１４０Ａ　操作面
１５０　基部
１５１　平板部
１５２　壁部
１６０　基板

Claims (7)

  1. 　操作体によって操作される操作面を有する入力部と、
    　前記操作面の裏側に設けられる複数の検出電極と
    　を含み、
    　前記入力部は、前記操作体による前記操作面への所定の押込力での押込操作に対する変位量が前記操作面の位置によって異なる部分を有し、
    　前記複数の検出電極は、前記操作面のうちの平面視で前記複数の検出電極の各々と重なる押込位置に対して前記所定の押込力で押込操作が行われた場合の変位量が大きいほど、小さな面積を有する、入力装置。
  2. 　前記複数の検出電極は、平面視での外縁形状及びサイズが等しい複数の領域内にそれぞれ配置されており、開口部又は切欠部が設けられることで、前記変位量が大きいほど、小さな面積を有する、請求項１記載の入力装置。
  3. 　前記複数の検出電極の各々の静電容量値を測定する測定部をさらに含む、請求項１又は２記載の入力装置。
  4. 　前記測定部によって測定された静電容量値が所定の閾値以上である場合に、前記操作体による前記操作面への前記押込操作が行われたことを判定する判定部をさらに含む、請求項３記載の入力装置。
  5. 　前記複数の検出電極は、前記操作面のいずれの前記押込位置に対して前記所定の押込力で前記押込操作が行われた場合においても、前記測定部によって測定される静電容量値が同一になる面積を有する、請求項４記載の入力装置。
  6. 　前記判定部は、前記操作面のいずれの前記押込位置に対して前記所定の押込力で前記押込操作が行われた場合においても、前記押込操作が行われたことを判定するように予め設定された前記所定の閾値を有する、請求項５記載の入力装置。
  7. 　前記入力部を保持する基部をさらに含み、
    　前記基部は、前記入力部の平面視における端部に隣接する壁部を有し、
    　前記入力部は、
    　発泡層と、
    　前記発泡層を覆う表皮と
    　を有し、
    　前記表皮の端部は、前記壁部のうちの前記入力部の前記端部に隣接する端部に固定されている、請求項１記載の入力装置。
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