CN105814521B - 输入输出操作装置 - Google Patents

Abstract

输入输出操作装置具备致动器(165)、检测电路部(360)、控制运算处理部(94)以及驱动电路部(350)，致动器(165)具备：操作部(850)；搭载操作部和至少一个吸附用磁铁且在一部分上具有凹部的可动单元；具有至少一个磁性体以及供可动单元的凹部游隙嵌合的凸状球面，且利用至少一个吸附用磁铁和至少一个磁性体的磁吸引力使可动单元的凹部与凸状球面点接触或线接触，从而将可动单元支承为以凸状球面的球心为中心自如地进行旋转的固定单元；使操作部以穿过球心的X轴为中心进行旋转的第一驱动部；使操作部以与X轴正交的Y轴为中心进行旋转的第二驱动部；使可动单元以与X轴和Y轴正交且作为操作部的中心轴的Z轴为中心进行旋转的第三驱动部；以及对操作部绕X轴的第一旋转角度及绕Y轴的第二旋转角度进行检测的检测器，检测电路部(360)生成第一旋转角度信号以及第二旋转角度信号，控制运算处理部(94)生成第一目标旋转角度信号以及第二目标旋转角度信号，驱动电路部(350)生成驱动第一驱动部以及第二驱动部的信号。

Description

输入输出操作装置

技术领域

本发明涉及一种能够使手动操作的操作部向X轴方向以及Y轴方向倾斜且相对于作为操作部的中心轴的Z轴进行旋转(滚动)、并且经由操作部对触感进行输出控制的输入输出操作装置。

背景技术

近年来，搭载于机动车的电子设备以提高安全、放心、舒适性为目的而进一步发展高功能化、多功能化。因此，驾驶者应进行的操作步骤变得非常复杂。从简化复杂的操作这样的观点出发，谋求例如在导航、空调、音响、收音机等的操作中与操作者的感觉很好地匹配且操作性高的HMI(Human-Machine-Interface)。

作为具有亲和性的HMI，提出有能够进行三轴操作的输入装置和具有力反馈功能的触觉装置。

例如，专利文献1公开了如下的三轴输入操作装置：限制操作部的移动方向以使操作部仅能够沿X、Y、Z轴方向移动，并且进行操作部在X、Y、Z轴方向上的位置检测。

专利文献2公开了将操作部保持为能够绕三轴旋转、并且能够检测旋转角的输入操作装置。

另外，专利文献3公开了如下的触觉装置：使操作部绕X、Y轴旋转，检测绕轴的相对位移量，并通过搭载于各个旋转机构的马达来对操作部赋予力觉。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭58-172739号公报

专利文献2：日本特开平5-57645号公报

专利文献3：日本特开2005-332039号公报

发明内容

发明要解决的课题

在现有的输入装置、触觉装置中，要求操作性更高的HMI。不限定本发明的例示的实施方式提供一种操作性更高的输入输出操作装置以及触觉装置。

用于解决课题的方案

本发明的输入输出操作装置具备致动器、检测电路部、控制运算处理部以及驱动电路部，所述致动器具备：操作部，其具有供手指接触的表面；可动单元，其搭载所述操作部和至少一个吸附用磁铁，且在一部分上具有凹部；固定单元，其具有至少一个磁性体以及供所述可动单元的所述凹部游隙嵌合的凸状球面，利用所述至少一个吸附用磁铁与所述至少一个磁性体的磁吸引力使所述可动单元的所述凹部与所述凸状球面点接触或线接触，从而将所述可动单元支承为以所述凸状球面的球心为中心自如地进行旋转；第一驱动部，其使所述操作部相对于所述固定单元以穿过所述球心的X轴为中心进行旋转；第二驱动部，其使所述操作部相对于所述固定单元以在包含所述X轴的平面内与所述X轴正交的Y轴为中心进行旋转；第三驱动部，其使所述可动单元相对于所述固定单元以与所述X轴和所述Y轴正交且作为所述操作部的中心轴的Z轴为中心进行旋转；以及检测器，其检测所述操作部相对于所述固定单元的绕所述X轴的第一旋转角度以及绕所述Y轴的第二旋转角度，在所述致动器中，所述凸状球面的所述球心设置在所述X轴、Y轴、Z轴的原点，所述检测电路部根据所述第一旋转角度以及所述第二旋转角度来生成第一旋转角度信号以及第二旋转角度信号，所述控制运算处理部基于所述第一旋转角度信号以及所述第二旋转角度信号来生成第一目标旋转角度信号以及第二目标旋转角度信号，所述驱动电路部接受所述第一目标旋转角度信号以及所述第二目标旋转角度信号，生成驱动所述第一驱动部以及所述第二驱动部的信号。

发明效果

根据本发明的输入输出操作装置，采用如下的可动部结构：在具有与手指接触的表面的操作部的中心轴的延长线上，配置设于固定部的球状的突起部的球心以及以与突起部接触的方式设于可动部的圆锥状的凹状接触面的中心轴，并且，使分割为两个的可动部以将球状的突起部作为中心而包进去的方式接合，由此，能够实现搭载操作部的可动部的重心支承，并且能够在驱动频率区域中大幅抑制机械性的谐振。

其结果是，提供一种输入输出操作装置，其能够实现操作部的X、Y、Z轴这三轴的多轴高速操作，并且能够使操作者感觉到以往没有的新的触感。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式的输入输出操作装置750中的致动器165的简要结构的分解立体图。

图2是示出本发明的第一实施方式的致动器165的可动部180的详细结构的分解立体图。

图3A是从上方观察本发明的实施方式的致动器165的可动部180的磁背轭670的立体图。

图3B是从Z轴10方向上方观察本发明的第一实施方式的致动器165的可动部180的磁背轭670的俯视图。

图4A是从上方观察本发明的第一实施方式的致动器165的立体图。

图4B是从上方观察本发明的第一实施方式的致动器165的立体图，是去掉防脱构件201后的立体图。

图4C是本发明的第一实施方式的致动器165的从上方观察到的防脱构件201的立体图。

图5A是本发明的第一实施方式的致动器165的从Z轴10方向观察到的俯视图。

图5B是本发明的第一实施方式的致动器165的从直线13方向观察到的俯视图。

图6是本发明的第一实施方式的致动器165的从上方观察到的去掉操作部850和上部可动部150后的致动器165的立体图。

图7是本发明的第一实施方式的致动器165的从上方观察到的固定单元的立体图。

图8A是示出本发明的第一实施方式的致动器165的固定单元的简要结构的分解立体图。

图8B是示出本发明的第一实施方式的致动器165的固定单元上搭载的一个驱动机构的结构的分解立体图。

图9A是本发明的第一实施方式的致动器165的从Z轴10观察到的俯视图。

图9B是本发明的第一实施方式的致动器165在包含Z轴10和旋转轴11的平面内的致动器165的剖视图。

图10A是本发明的第一实施方式的致动器165的从Z轴10观察到的俯视图。

图10B是本发明的第一实施方式的致动器165在包含Z轴10和旋转轴12的平面内的致动器165的剖视图。

图11A是本发明的第一实施方式的致动器165的从Z轴10观察到的俯视图。

图11B是本发明的第一实施方式的致动器165在包含Z轴10和直线13的平面内的致动器165的剖视图。

图12是从上方观察到的本发明的第一实施方式的致动器165在旋转为合成角度θxy的状态下的、去掉防脱构件201后的立体图，该合成角度θxy是通过该致动器165在旋转方向20以及旋转方向21上以相同的角度旋转而得到的。

图13A是从本发明的Z轴10观察到的本发明的第一实施方式的致动器165在旋转为合成角度θxy的状态下的、去掉防脱构件201后的俯视图，该合成角度θXy是通过该致动器165在旋转方向20以及旋转方向21上以相同的角度旋转而得到的。

图13B是在包含Z轴10和直线13的平面内的、本发明的第一实施方式的致动器165旋转为合成角度θxy的状态下的、去掉防脱构件201后的剖视图，该合成角度θxy是通过该致动器165在旋转方向20以及旋转方向21上以相同的角度旋转而得到的。

图14A是本发明的第一实施方式的致动器165的固定单元的俯视图。

图14B是本发明的第一实施方式的致动器165的固定单元在包含Z轴10和Y轴方向旋转轴11的平面内的剖视图。

图15是从Z轴10的上方观察本发明的第一实施方式的致动器165的传感器基板502的俯视图。

图16是示出本发明的第一实施方式的输入输出操作装置750的整体的结构图。

图17是示出本发明的第一实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。

图18是示出本发明的第二实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。

图19是示出本发明的第三实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。

图20是示出本发明的第四实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。

图21是示出本发明的第五实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。

图22A是示出本发明的第六实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。

图22B是示出本发明的第六实施方式的输入输出操作装置750的输入检测信号的图。

图23是示出本发明的第七实施方式的输入输出操作装置750的框图。

图24是本发明的第七实施方式的输入输出操作装置750的立体图。

图25示出设置有本发明的第七实施方式的输入输出操作装置750的机动车的车内的省略了一部分的立体图。

图26是本发明的第七实施方式的输入输出操作装置750中的指针操作图案的说明图。

图27是本发明的第七实施方式的输入输出操作装置750中的指针操作图案的说明图。

图28是本发明的第七实施方式的输入输出操作装置750中的指针操作图案的说明图。

图29是本发明的第七实施方式的输入输出操作装置750中的指针操作图案的说明图。

图30是本发明的第七实施方式的输入输出操作装置750的另一方式的俯视图。

具体实施方式

例如，在车载用的受理操作者的操作的输入装置中，从安全、放心的观点出发，要求便于驾驶员的直观操作或看不到操作部的盲操作、以及具有维持舒适的驾驶环境的档次的操作感。

通常，多轴输入装置的组合结构大多比较容易，因此，通过组合多个可绕轴旋转的旋转机构来实现。另外，各旋转机构经由齿轮等(齿条&小齿轮，蜗轮&蜗杆)传递机构而与驱动马达结合，操作部以各自的旋转轴为中心进行旋转驱动。另外，在驱动马达的驱动轴上设置有编码器等，来检测操作部的相对位置位移量。

然而，在使用该结构的情况下，可动的操作部的重量增加，容易使输入装置整体大型化。另外，在旋转机构的轴承上，产生因轴承间隙引起的嘎嘎响的噪音、轴向的游隙，有可能成为产生异响或引发机械性的构造不良的原因。

另外，在夹设于可动部和驱动马达的齿轮等传递机构中，需要设置齿隙。因此，由于磨耗等而使间隙增大，有可能成为使操作部的位置精度下降、产生机械振动或噪音、以及使装置的寿命下降的原因。

另外，在利用编码器等来检测操作部的相对位置的情况下，绝对位置必须位于由始末端开关检测的原点检测后。因此，需要将绝对位置转换成计数，在复位时也需要使其恢复到始末端。

在专利文献1至3所公开的技术中，可能存在上述的课题。本发明的发明人鉴于上述的课题而想到了新的输入装置。

本发明的输入输出操作装置具备致动器、检测电路部、控制运算处理部以及驱动电路部，所述致动器具备：操作部，其具有供手指接触的表面；可动单元，其搭载所述操作部和至少一个吸附用磁铁，且在一部分上具有凹部；固定单元，其具有至少一个磁性体以及供所述可动单元的所述凹部游隙嵌合的凸状球面，利用所述至少一个吸附用磁铁与所述至少一个磁性体的磁吸引力使所述可动单元的所述凹部与所述凸状球面点接触或线接触，从而将所述可动单元支承为以所述凸状球面的球心为中心自如地进行旋转；第一驱动部，其使所述操作部相对于所述固定单元以穿过所述球心的X轴为中心进行旋转；第二驱动部，其使所述操作部相对于所述固定单元以在包含所述X轴的平面内与所述X轴正交的Y轴为中心进行旋转；第三驱动部，其使所述可动单元相对于所述固定单元以与所述X轴和所述Y轴正交且作为所述操作部的中心轴的Z轴为中心进行旋转；以及检测器，其检测所述操作部相对于所述固定单元的绕所述X轴的第一旋转角度以及绕所述Y轴的第二旋转角度，在所述致动器中，所述凸状球面的所述球心设置在所述X轴、Y轴、Z轴的原点，所述检测电路部根据所述第一旋转角度以及所述第二旋转角度来生成第一旋转角度信号以及第二旋转角度信号，所述控制运算处理部基于所述第一旋转角度信号以及所述第二旋转角度信号来生成第一目标旋转角度信号以及第二目标旋转角度信号，所述驱动电路部接受所述第一目标旋转角度信号以及所述第二目标旋转角度信号，生成驱动所述第一驱动部以及所述第二驱动部的信号。

在一个优选实施方式中，所述控制运算处理部基于所述第一旋转角度信号、所述第二旋转角度信号，生成与所述操作部的可动范围区域相当的二维坐标系中的所述操作部的当前位置坐标，并基于使用了目标位置坐标与所述当前位置坐标的差量的位置反馈控制，生成所述第一目标旋转角度信号、第二目标旋转角度信号。

在一个优选实施方式中，所述控制运算处理部在所述二维坐标系中设定包含所述目标位置坐标并成为目标的识别坐标区域，在所述操作部的所述当前位置坐标处于所述识别坐标区域的范围内部的情况下，设定所述位置反馈控制的第一增益，在所述当前位置坐标处于所述识别坐标区域的范围外的情况下，设定比第一增益大的增益。

在一个优选实施方式中，所述控制运算处理部在所述二维坐标系中设定成为目标的多个识别坐标区域，并且在根据所述操作部的所述当前位置坐标或者来自外部的信号而从所述多个识别坐标区域中选出的一个识别坐标区域内设定所述目标位置坐标，在所述操作部的所述当前位置坐标处于所述识别坐标区域的范围内部的情况下，设定所述位置反馈控制的第一增益，在所述当前位置坐标处于所述识别坐标区域的范围外的情况下，设定比第一增益大的增益。

在一个优选实施方式中，所述控制运算处理部生成具有规定的驱动波形图案的驱动信号，所述驱动电路部接受所述驱动信号，生成对所述第三驱动部进行驱动的信号，通过所述第三驱动部来驱动可动单元向绕所述Z轴的方向进行振动。

在一个优选实施方式中，所述规定的驱动波形图案包括具有可听区域的频率成分的振动波形。

在一个优选实施方式中，检测器包括：第一检测部，其检测操作部相对于固定单元的绕X轴、Y轴的旋转角度；以及第二检测部，其检测操作部相对于固定单元的绕Z轴的旋转角度。

在一个优选实施方式中，可动单元的凹部为凸状球面，且固定单元的凸状球面为凹部。

在一个优选实施方式中，可动单元的凹部具有圆锥状的表面。

在一个优选实施方式中，可动单元具有开口部，开口部供用于固定凸状球面的保持杆插入，通过开口部与保持杆接触来限制可动单元的旋转角度。

在一个优选实施方式中，输入输出操作装置还具备防脱构件，该防脱构件设置于固定单元且具有限制可动单元的移动的限制面，以避免可动单元从固定单元脱落，限制面具有凹状部分球面，该凹状部分球面具有与球心一致的中心。

在一个优选实施方式中，第一驱动部包括：在可动单元中相对于Z轴对称地配置的一对第一驱动磁铁；以与一对第一驱动磁铁对置的方式分别配置于固定单元的一对第一磁轭；以及分别卷绕在一对第一磁轭上的一对第一驱动线圈，第二驱动部包括：在可动单元中相对于Z轴对称地配置的一对第二驱动磁铁；以与一对第二驱动磁铁对置的方式分别配置于固定单元的一对第二磁轭；以及分别卷绕在一对第二磁轭上的一对第二驱动线圈，一对第一驱动磁铁以及一对第一驱动线圈设置在穿过凸状球面的球心的直线上，一对第二驱动磁铁以及第二驱动线圈设置在穿过凸状球面的球心且与直线正交的另一直线上，各第一驱动磁铁、各第一驱动线圈、各第二驱动磁铁以及各第二驱动线圈的Z轴方向上的中心位置与凸状球面的球心的位置大致一致。

在一个优选实施方式中，第三驱动部包括分别卷绕在一对第一磁轭以及一对第二磁轭上的第三驱动线圈，将一对第一驱动磁铁以及一对第二驱动磁铁用作第三驱动磁铁。

在一个优选实施方式中，至少一个磁性体是一对第一磁轭以及一对第二磁轭。

在一个优选实施方式中，至少一个吸附用磁铁是一对第一驱动磁铁以及一对第二驱动磁铁。

在一个优选实施方式中，在可动单元位于中立位置的状态下，一对第一驱动磁铁以及一对第二驱动磁铁以相对于与Z轴垂直且穿过球心的水平面朝下呈45度以下的旋转角度A的方式配置，第一驱动线圈和一对第一磁轭以及一对第二驱动线圈和一对第二磁轭以与一对第一驱动磁铁以及一对第二驱动磁铁对置的方式环绕配置在固定单元上。

在一个优选实施方式中，旋转角度A为15度至25度。

在一个优选实施方式中，一对第一驱动磁铁、一对第二驱动磁铁分别位于可动单元的内侧，并且未在可动单元的外形面露出。

在一个优选实施方式中，一对第一驱动线圈、一对第二驱动线圈以及一对第三驱动线圈分别设置在固定单元的内侧，并且未在固定单元的外形面露出。

在一个优选实施方式中，可动单元由树脂材料构成。

在一个优选实施方式中，可动单元与一对第一驱动磁铁、一对第二驱动磁铁一起一体成型。

在一个优选实施方式中，固定单元由树脂材料构成。

在一个优选实施方式中，固定单元与一对第一驱动线圈、一对第二驱动线圈、第三驱动线圈、一对第一磁轭、一对第二磁轭一起一体成型。

在一个优选实施方式中，可动单元的重心与球心一致。

在一个优选实施方式中，第一检测部包括：固定于固定单元的第一磁传感器；以及设置于可动单元的旋转检测用磁铁，第一磁传感器检测旋转检测用磁铁的旋转所引起的磁力变化，来计算操作部绕X轴、Y轴的二维旋转角度。

在一个优选实施方式中，第一磁传感器以及旋转检测用磁铁位于Z轴上。

在一个优选实施方式中，第一检测部包括：固定于固定单元的光传感器；以及在可动单元的凸状球面的一部分设置的光检测图案，光传感器检测光检测图案的旋转所引起的向光传感器入射的光的变化，来计算操作部绕X轴、Y轴的二维旋转角度。

在一个优选实施方式中，光传感器以及光检测图案位于Z轴上。

在一个优选实施方式中，在可动单元位于中立位置时，在与Z轴正交的平面内，第一磁传感器配置在如下的直线上，该直线相对于连结一对第一驱动磁铁的直线以及连结一对第二驱动磁铁的直线分别呈45度的角度。

在一个优选实施方式中，第二检测部包括：在可动单元中相对于Z轴对称地配置的一对旋转检测用磁铁；以及固定于固定单元，且以分别与一对旋转检测用磁铁对置的方式固定的一对第二磁传感器，一对第二磁传感器检测旋转检测用磁铁的旋转所引起的磁力变化，来计算操作部的旋转角度。

在一个优选实施方式中，一对旋转检测用磁铁由在正交于Z轴的平面内在与穿过球心的直线平行且彼此相反的方向上被分割磁化为两极的磁铁构成。

在一个优选实施方式中，在防脱构件的限制面与可动单元的外形面之间设置有空隙，空隙被确定为：即便可动单元的凹部与固定单元的凸状球面分离，也能够通过磁吸引力恢复到可动单元的凹部与固定单元的凸状球面点接触或线接触的状态。

在一个优选实施方式中，所述输入输出操作装置还具备：供所述操作者接触的电极；以及经由与所述电极接触的所述操作者进行通信的通信部，所述控制运算处理部根据所述通信部接收的信息来判定所述操作者的属性。

在一个优选实施方式中，所述输入输出操作装置具备具有所述操作部和所述可动单元的可动操作单元，所述控制运算处理部与判定出的所述操作者的属性对应地选择预先准备的多种指针操作图案中的至少一种，所述控制运算处理部与选择出的所述指针操作图案对应地使与所述操作力相反的力从所述第一驱动部以及所述第二驱动部向所述可动操作单元作用。

在一个优选实施方式中，所述指针操作图案限制所述指针的操作范围，以避免所述指针落到由预先设定的边界线围成的区域之外。

在一个优选实施方式中，所述指针操作图案限制所述指针的操作范围，以避免所述指针脱离预先设定的轨道。

在一个优选实施方式中，所述指针操作图案限制所述指针的操作范围，以避免所述指针分别脱离被固定的多个区域以及将所述多个区域彼此连接的轨道。

在一个优选实施方式中，所述电极配置在能够与所述操作者的操作所述可动操作单元的手指接触的位置。

在一个优选实施方式中，所述操作者与具有电极的通信标签的所述电极接触，所述通信部经由所述操作者而与所述通信标签通信，由此接收所述通信标签所保持的所述信息。

根据本发明的输入输出操作装置，采用如下的可动部结构：在具有与手指接触的表面的操作部的中心轴的延长线上，配置设于固定部的球状的突起部的球心以及以与突起部接触的方式设于可动部的圆锥状的凹状接触面的中心轴，并且，使分割为两个的可动部以将球状的突起部作为中心而包进去的方式接合，由此，能够实现搭载操作部的可动部的重心支承，并且能够在驱动频率区域中大幅抑制机械性的谐振。

此外，利用不受到转动角度的影响的磁吸引力，在由固定部的突起部和可动部的凹状接触面构成的枢轴结构中附加固定的法向力，由此，能够降低相对于转动角度的摩擦负载变动，能够在驱动频率区域中实现良好的相位、增益特性。

另外，以往，关于在基于磁吸引力的支承结构中所特有的大课题、即振动、冲击等干扰等造成的可动部的脱落的防止，通过隔着能够供可动部转动的规定空隙而在固定部上设置防脱限制面，由此能够在避免装置的大型化的同时可靠地实现可动部的防脱。

此外，通过将空隙设置为，在使凹状接触面从突起部脱离了空隙的距离的状态下，也能够利用磁吸引力使凹状接触面向突起部移动并与突起部恢复接触这样的距离，由此能够提供一种即便在可动部瞬间脱落的情况下，也能够立即恢复到原来的良好支承状态的非常安全的输入输出操作装置。

此外，绕X轴、Y轴的旋转驱动机构以及绕Z轴的旋转驱动机构由如下构件构成：配置为以Z轴为中心的圆周状且彼此正交的两对固定于可动部的驱动磁铁；以与驱动磁铁对置的方式分别配设于固定部的两对驱动线圈和磁轭，并且，使旋转驱动机构的Z轴方向上配设的高度位置与突起部的球心的高度位置大致相等，由此能够实现可动部的重心驱动，并且能够在驱动频率区域中大幅抑制机械性的谐振。

此外，通过使与驱动磁铁对置的磁轭的投影面积大致相等，由此在可动部的绕X轴及Y轴的旋转角度以及绕Z轴的旋转角度为0度的情况下，能够利用磁轭和驱动磁铁组成的磁弹簧来保持可动部的中立点。

此外，在使可动部旋转之后，能够利用该磁弹簧使可动部恢复到中立点，在恢复动作中无需特殊的构造和应附加的驱动电流。

另外，在车载用电子换挡器等的操作输入装置中，向各设定的换挡位置输入之后自动地恢复到中立点并保持成为必要条件，因此，在能够利用磁弹簧进行可动部向中立点的恢复动作的本发明的输入输出操作装置中，能够实现向电子换挡器等的应用。

此外，由于致动器能够实现良好的频率响应特性和较高的旋转角度分辨率，因此，可动单元对指尖的动作检测灵敏度非常高，从而也能够进行在便携终端中经常使用的轻弹操作输入、轻拂操作输入的检测或文字输入的检测。

此外，通过用树脂构件覆盖作为接触面的可动单元的凹部的圆锥表面或者固定单元的凸状球面的表层部分，由此能够实现低摩擦且耐磨损性优异的支承结构。

通过在由圆锥状的凹部的接触面和游隙嵌合的凹状部分球面构成的枢轴结构的空间内填充振动衰减用的粘性构件或者磁性流体，由此能够降低在搭载于可动部的驱动磁铁与设置于固定部的磁轭之间产生的磁吸引力所起到的、基于磁弹簧效应的振幅增大系数(Q值)或机械性的固有振动的Q值，能够获得良好的控制特性。

如以上那样，本发明通过使能够绕X轴和Y轴进行+25度以上的大旋转驱动和能够绕Z轴进行±5度以上的旋转驱动的枢轴支承系统配置在作为原点的球心，由此能够在到200Hz程度为止的宽频带的频率区域中实现操作部的良好的输入输出控制。

其结果是，提供一种输入输出操作装置，其能够实现操作部的X、Y、Z轴这三轴的多轴高速操作，并且能够使操作者感觉到以往没有的新的触感。

此外，由于能够实现使操作部在以Z轴为中心顺时针或逆时针地旋转的同时向X轴和Y轴进行移动操作的三轴同时操作，因此，也能够进行操作者在便携终端中经常使用的夹点操作输入所引起的画面的放大缩小、滚动操作输入的代替输入的检测。

此外，能够以小型化实现牢固的可动部的防脱构造，因此，能够提供可完全防御振动或掉落冲击等干扰的安全性高的输入输出操作装置。

(第一实施方式)

以下，对本发明的输入输出操作装置的第一实施方式进行说明。

图1是示出本发明的第一实施方式的输入输出操作装置750的致动器165的分解立体图，图2是本发明的第一实施方式的可动单元180的分解立体图。图3A、图3B是示出可动部180的磁背轭670的立体图。图4A是从斜上方观察致动器165的立体图。图4B是从斜上方观察卸下了作为一部分结构要素的防脱构件201的状态下的致动器165的立体图。图4C是从斜上方观察作为一部分结构要素的防脱构件201的立体图。图5A是从Z轴10方向观察到的俯视图。图5B是从图5A所示的直线13的方向观察到的俯视图。图6是去掉操作部850和上部可动部150后的致动器165的立体图。图7是从上方观察到的固定单元的立体图。图8A是示出固定单元的简要结构的分解立体图。图8B是示出搭载于固定单元的一个驱动机构的结构的分解立体图。图9A、图9B是致动器165的俯视图以及在包含Z轴10和旋转轴11的平面内的剖视图。图10A、图10B是致动器165的俯视图以及在包含Z轴10和旋转轴12的平面内的剖视图。图11A、图11B是致动器165的俯视图以及在包含Z轴10和直线13的平面内的剖视图。图12是从上方观察到的致动器165在旋转为合成角度θxy的状态下的、去掉防脱构件201后的立体图，合成角度θxy是通过致动器165在旋转方向20和旋转方向21上以相同的角度旋转而得到的。图13A、图13B是致动器165的去掉防脱构件201后的俯视图、以及在包含Z轴10和直线14的平面内的、致动器165旋转为合成角度θxy的状态下的、去掉防脱构件201后的剖视图，合成角度θxy是通过致动器165在旋转方向20和旋转方向21上以相同的角度旋转而得到的。图14A、图14B是固定单元的俯视图、以及在包含Z轴10和旋转轴11的平面内的剖视图。图15是从Z轴10的上方观察致动器165的传感器基板502的俯视图。图16是本发明的第一实施方式的输入输出操作装置750的整体结构图。图17是示出本发明的第一实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。参照这些图，来说明致动器165和输入输出操作装置750的主要结构。

输入输出操作装置750的致动器165具备操作部850、搭载操作部850的可动单元180、以及支承可动单元180的固定单元。

可动单元180相对于固定单元在如下的三个旋转方向上自如地旋转，这三个旋转方向是：以Z轴10为中心进行旋转的旋转方向22；以与Z轴10正交且穿过球心70的旋转轴(X轴)11为中心进行旋转的旋转方向21；以及以与Z轴10正交且穿过球心70的旋转轴(Y轴)12为中心进行旋转的旋转方向20。旋转轴11和旋转轴12彼此正交。因此，致动器165具备用于使可动单元180向旋转方向20以及旋转方向21旋转(倾斜)的第一驱动部和第二驱动部、以及使操作部850相对于固定单元沿旋转方向22旋转的第三驱动部。各驱动部包括驱动磁铁与驱动线圈及磁轭的组合。例如，驱动磁铁设置于可动单元180，驱动线圈以及磁轭设置于固定单元。

第一驱动部包括一对驱动磁铁401、一对驱动线圈301、以及由磁性体构成的一对磁轭203。此外，在一对驱动线圈301的内侧，卷绕有后述的以Z轴10为中心沿旋转方向22进行旋转驱动的第三驱动部、即一对驱动线圈303。驱动磁铁401和磁轭203形成为在两个侧面具有以球心70为中心的圆周曲面的局部的圆管形状。

第二驱动部包括一对驱动磁铁402、一对驱动线圈302、以及由磁性体构成的一对磁轭204。此外，在一对驱动线圈302的内侧，卷绕有后述的以Z轴10为中心沿旋转方向22进行旋转驱动的第三驱动部、即一对驱动线圈303。驱动磁铁402和磁轭204也形成为在两个侧面具有以球心70为中心的圆周曲面的局部的圆管形状。

下面，对第一驱动部、第二驱动部以及第三驱动部所进行的可动单元180的驱动详细进行说明。

致动器165具备检测器，该检测器用于检测搭载有操作部850的可动单元180的、相对于固定单元的旋转角度以及绕Z轴10的旋转角度。具体而言，致动器165具备：用于检测可动单元180的二维旋转(倾斜)角度、即旋转方向20以及旋转方向21的旋转角度的第一检测部；以及用于检测旋转方向22的倾斜角度的第二检测部。尽管未图示，但第二检测部由一对旋转检测用磁铁和一对磁传感器构成，该一对旋转检测用磁铁在与Z轴10正交的平面内以球心70为中心配置在可动部180的两端，该一对磁传感器以与旋转检测用磁铁对置的方式配置于基体200。然而，如本发明的实施方式那样，在输入输出操作装置750仅需要检测旋转方向22的旋转方向的正反的情况下，在第一检测部中也能够充分地进行检测，从而无需第二检测部。

第一检测器包括：搭载于可动部180的底部的旋转检测用磁铁406；相对于穿过球心70且在包含旋转轴11、12的平面内与旋转轴11、12正交的直线13平行、且以Z轴10为中心而配置的一对磁传感器501a和501b；以及相对于穿过球心70且在包含旋转轴11、12的平面内与直线13正交的直线14平行、且以Z轴10为中心而配置的一对磁传感器503a和503b。磁传感器501a、501b和503a、503b搭载在传感器基板502上，并与旋转检测用磁铁406隔开规定空隙地经由螺旋弹簧600固定于基体200。下面对检测器详细进行说明。

固定单元包括基体200。基体200具有供可动单元180的至少一部分游隙嵌合的凹部。在本实施方式中，凹部的内侧面由凹状球面200A构成。基体200还具有开口部200P、200T和接触面200B。

如图1所示，致动器165为了使可动单元180沿旋转方向22旋转而使用一对磁轭203和一对磁轭204、在该一对磁轭203和一对磁轭204上卷绕的四个驱动线圈303、以及一对驱动磁铁401和一对驱动磁铁402。

如图1、图8A以及图8B所示，驱动线圈303具有在一对磁轭203及一对磁轭204上以分别与驱动线圈301及驱动线圈302的线圈卷绕方向正交且层叠于驱动线圈301及驱动线圈302的内侧的方式卷绕的十字卷绕结构，并且分别插入固定在基体200的开口部200P、200T中。具体而言，在一对磁轭203以及一对磁轭204上卷绕了驱动线圈303之后，在一对磁轭203以及一对磁轭204的两个侧面固定磁轭保持器203L、203R以及磁轭保持器204L、204R，然后，整体地卷绕一对驱动线圈301以及302。此外，通过将磁轭保持器203L、203R以及磁轭保持器204L、204R的底部固定于基体200的安装面200S，从而在固定单元上装配驱动部。

优选的是，包含基体200的固定单元由树脂构成。更优选的是，包含基体200的固定单元与卷绕于一对磁轭203的驱动线圈301和驱动线圈303、以及卷绕于一对磁轭204的驱动线圈302和驱动线圈303一体成型。另外，优选上述卷绕于磁轭的驱动线圈不在基体200的内侧面、即凹状球面200A中露出。

可动单元180包括上部可动部150和下部可动部102。内置操作部850的上部可动部150固定于下部可动部102。操作部850在可动单元180中位于Z轴10上。操作部850具有大致凸形状，凸形状的中心(最突出的部分)与Z轴10一致。未在可动单元180设置相机、发光元件等。

下部可动部102呈具有一对开口部102W的壶形状。下部可动部102的外形具有以球心70为球心的凸状球面102R。

凸状球面102R覆盖下部可动部102的外侧整体。更具体而言，下部可动部102具有能够供后述的连结棒650插入的一对开口部102W，该连结棒650将以球心70为球心的凸状球面部651连结固定于基体200。开口部102W按照在可动单元180以预先设定的角度范围绕Z轴10、旋转轴11以及旋转轴12旋转的情况下连结棒650不会与下部可动部102接触这样的位置以及大小设置在下部可动部102上。此外，开口部102W用作可动单元180的旋转方向22的限位器。因此，开口部102W以外的部分的表面构成凸状球面102R。

凸状球面部651和凸状球面102R的球心70位于下部可动部102的中心且位于操作部850的下部。

在可动单元180上设置有旋转检测用磁铁406、一对驱动磁铁401、以及一对驱动磁铁402。优选所搭载的检测用磁铁和驱动磁铁从开口部102H配置到下部可动部102的内侧，以避免检测用磁铁和驱动磁铁在凸状球面102R上露出。下部可动部102优选由树脂构成，下部可动部102、旋转检测用磁铁406、一对驱动磁铁401、以及一对驱动磁铁402一体地成型。

如图9B、图10B所示，设置在基体200的内侧的磁轭203以及磁轭204由磁性体构成。因此，以分别对置的方式设置在下部可动部102的内侧的驱动磁铁401以及驱动磁铁402作为吸附用磁铁发挥功能，在磁轭与驱动磁铁之间分别产生磁吸引力。具体而言，在磁轭203和驱动磁铁401中产生磁吸引力F1，在磁轭204和驱动磁铁402中产生磁吸引力F1。实际上，磁轭203和驱动磁铁401的中心线18以及磁轭204和驱动磁铁402的中心线19分别以相对于直线11、直线12朝下的倾斜角度θd构成。倾斜角度θd优选为15度～25度左右。上部可动部105形成为具有与下部可动部102的壶形状的开口对应的开口的壶形状。下部可动部102的外形具有以球心70为球心的凸状球面105R。另外，在上部可动部150的壶形状的内部设置有包含凹状圆锥面860a的凹状圆锥构件860。凹状圆锥面860a与下部可动部102对置，且与固定单元的凸状球面部651的凸状球面651a接触。由此，可动单元180相对于固定单元游隙嵌合。

如图9B所示，磁吸引力F1成为固定单元的凸状球面部651对凹状圆锥构件860的法向力。另外，磁吸引力F1成为作为Z轴10方向的合成矢量的磁吸引力F2。该力的平衡与所谓的“平衡小人”的力学结构非常相似。因此，可动单元180能够非常稳定地在三轴方向上进行旋转。具体而言，可动单元180在球心70附近被枢轴支承于固定单元。该支承非常稳定，且摩擦阻力小。因而，能够实现非常优异的动态特性。即，能够实现可动单元180的以Z轴10、旋转轴11、旋转轴12为中心而向旋转方向22、21、20的旋转。

尤其是由于可动单元180形成为由上部可动部150和下部可动部102构成的球体形状，因此，能够使球心70与可动单元180的中心且重心的位置一致。因此，可动单元180能够在旋转方向20、旋转方向21以及旋转方向22上都以大致相等的力矩进行旋转。其结果是，无论可动单元180为沿旋转方向20、旋转方向21以及旋转方向22中的哪个方向进行了旋转的状态，都能够始终以大致相同的驱动力使可动单元18进一步旋转，能够始终以高精度驱动可动单元180。

另外，由于球心70、即可动单元180的旋转中心与可动单元180的重心一致，因此，可动单元180沿旋转方向20、旋转方向21以及旋转方向22旋转的力矩非常小。因此，能够以较小的驱动力将可动单元180维持在中立状态，或者使其沿旋转方向20、旋转方向21以及旋转方向22旋转。因而，能够降低输入输出操作装置750中的致动器165的消耗电力。尤其是还能够使将可动单元180维持在中立状态所需的驱动电流大致为零。

这样，根据本实施方式，搭载操作部850的可动单元180在作为重心位置的球心70处被集中地支承。因此，能够大幅度地抑制因摩擦引起的负载的降低、驱动频率区域中的机械性的谐振。

另外，驱动磁铁401以及驱动磁铁402由于具有局部的圆周曲面，因此，能够不受到旋转角度的大小的影响而产生恒定的磁吸引力F2，固定单元的凸状球面部651与凹状圆锥构件860的法向力也恒定。其结果是，能够抑制因旋转角度引起的摩擦负载的变动，能够在驱动频率区域中实现良好的相位、增益特性。

另外，若使凸状球面部651或凹状圆锥构件860由滑动性优异的树脂构件构成，则能够进一步降低要接触的凹状圆锥面860a与凸状球面651a的摩擦，能够实现耐磨损性优异的支承构造。

致动器165优选包括对可动单元180的移动进行限制以避免可动单元180从固定单元脱落的防脱构件201(图1、图4A、图4C)。防脱构件201具有防脱用限制面201A，在可动单元180以与固定单元分离的方式移动的情况下，通过使可动单元180的上部可动部150与防脱用限制面201A抵接来限制可动单元180的移动(图4A)。

在上部可动部150的凸状球面150R与防脱构件201的防脱用限制面201A之间设置有规定的空隙(未图示)，以使得上部可动部150能够在整个可动范围内相对于球心70自如地转动。

优选的是，防脱用限制面201A具有凹状部分球面，该凹状部分球面具有与球心70一致的中心。防脱构件201固定在基体200的接触面200B上。在凸状球面150R与防脱用限制面201A之间，在凹状圆锥构件860的凹状圆锥面860a与固定单元的凸状球面部651的凸状球面651a接触的状态下设置有空隙。该空隙被设定为如下的距离：即便凹状圆锥面860a与凸状球面651a分离，也能够利用磁吸引力F1返回到凹状圆锥面860a与凸状球面651a接触的状态。即，即便在可动单元180向上方移动与空隙相等的距离而使防脱用限制面201A与凸状球面150R接触的状态下，也能够利用磁吸引力F1使可动单元180返回到凹状圆锥面860a与凸状球面651a接触的原来状态。因此，根据本实施方式，能够提供耐冲击性优异的输入输出操作装置，即便在例如可动单元180瞬间地从规定的位置脱落的情况下，也能够利用磁吸引力F1立即恢复到原来的良好的支承状态。

接着，对致动器165的用于驱动可动单元180的构造详细进行说明。

如图2所示，在下部可动部102上，为了驱动可动单元180沿旋转方向20进行旋转而使一对驱动磁铁401相对于Z轴10对称配置，为了驱动可动单元180沿旋转方向21进行旋转而使一对驱动磁铁402相对于Z轴10对称配置。关于设置于固定单元的结构要素，“相对于Z轴10对称”以可动单元180为中立状态、即可动单元180相对于固定单元未旋转的状态下的Z轴10作为基准。

驱动磁铁401以在旋转轴11的方向上具有磁通的方式被磁化为一极，同样，驱动磁铁402以在旋转轴12的方向上具有磁通的方式被磁化为一极。

如图1、图9B、图10B所示，如上所述，一对磁轭203以及磁轭204以与一对驱动磁铁401以及一对驱动磁铁402分别对置的方式，分别设置在以Z轴10为中心的基体200的圆周上。

如图1、图8A所示，在沿旋转轴11的方向配置于基体200的一对磁轭203上，分别设置有绕磁轭203卷绕的驱动线圈303，此外，在驱动线圈303的外侧以与驱动线圈303的卷绕方向正交的方式设置有分割为四部分的驱动线圈301。驱动线圈301被分割为四部分是因为磁轭203具有圆周曲面。

同样，在沿与旋转轴11正交的旋转轴12方向配置的一对磁轭204上，分别设置有绕磁轭204卷绕的驱动线圈303，并且在驱动线圈303的外侧以与驱动线圈303的卷绕方向正交的方式设置有驱动线圈302。

换言之，旋转方向20、旋转方向21以及旋转方向22的驱动部分别独立地分散配置在以Z轴10为中心的圆周上。

根据这种构造，如图9B、图10B所示，能够均等地设置磁轭203与驱动磁铁401之间的磁隙、以及磁轭204与驱动磁铁402之间的磁隙。因此，能够均等地提高各个磁通密度，从而大幅度地改善向旋转方向20、旋转方向21以及旋转方向22驱动的驱动效率。

接着，对各驱动部的Z轴10方向的高度位置进行说明。

如图14B所示，直线36、37与固定于基体200的磁轭203的穿过球心70的圆周曲面的中心轴(未图示)垂直。另外，直线36、37与处于中立状态的可动单元的驱动磁铁401的穿过球心70的圆周曲面的中心轴(未图示)垂直。直线36、37相对于直线11呈向下方倾斜45度以下的倾斜角度θp。尽管未图示，但固定于基体200的磁轭204、驱动磁铁402也具有相同的结构。这样，一对驱动磁铁401、402和一对磁轭203、204形成为相对于包含球心70的水平面朝向倾斜了45度以下的倾斜角度θp的、以Z轴10为中心的四片花瓣这样的结构。具体而言，如图14A、图14B所示，一对磁轭203分别在两个侧面被磁轭保持器203L、203R夹持，磁轭保持器203L、203R的底部被插入到基体200的开口部200P。由此，磁轭203固定于安装面200S。

同样，一对磁轭204分别在两个侧面被磁轭保持器204L、204R夹持，磁轭保持器204L、204R的底部被插入到基体200的开口部200T，由此，磁轭204固定于安装面200S

如上所述，通过将倾斜角度θp设定为45度以下，能够减小固定单元的高度，能够实现装置的省空间和薄型化。优选的是，旋转倾斜角度θp以及旋转倾斜角度θr为15度至25度左右，更优选的是例如为20度。

通过向一对驱动线圈301通电，使一对驱动磁铁401受到力偶的电磁力，从而驱动下部可动部102、即可动单元180以X轴方向旋转轴12为中心沿旋转方向20进行旋转。同样，通过向一对驱动线圈302通电，使一对驱动磁铁402受到力偶的电磁力，从而驱动可动单元180以Y轴方向旋转轴11为中心沿旋转方向21进行旋转。

此外，通过同时向驱动线圈301以及驱动线圈302通电，能够使搭载有操作部850的可动单元180进行二维旋转。

图12以及图13A、图13B示出如下状态：通过向驱动线圈301以及驱动线圈302同时通入同等的电流而在旋转方向20以及旋转方向21上以相同的角度旋转，结果在与旋转方向20以及旋转方向21呈45度的直线13方向上旋转为合成角度θxy。

另外，通过向四个驱动线圈303通电，使可动单元180受到相同的旋转方向的电磁力，从而驱动可动单元180以Z轴10为中心沿旋转方向22进行旋转。

此外，在旋转为合成角度θxy的状态下，若向四个驱动线圈303通电，则驱动可动单元180以直线32为中心沿旋转方向23进行旋转。

这样，本实施方式采用了在可动单元180上设置有驱动磁铁401、驱动磁铁402的移动磁铁驱动方式。在该结构中，通常认为存在可动单元180的重量增大这样的问题。但是，根据该结构，无需向可动单元180架设驱动用布线。

另外，由于可动单元180的重心和可动单元180的转动中心点与球心70一致，因此即便由于搭载驱动磁铁而导致重量增大，可动单元180的旋转力矩也不会大幅增大。因此，根据本实施方式，能够抑制因重量的增大而引起的课题，并且能够享有移动磁铁驱动方式所带来的优点。

可动单元180的以Z轴10为中心的旋转方向22的旋转角度通过设置于下部可动部102的一对开口部102W与固定于基体200的连结棒650的接触而被限制。由于在一对开口部102W中插入有连结棒650，因此，在开口部102W所规定的开口范围内，可动单元180在连结棒650不与规定开口部102W的壁接触的状态下以Z轴10为中心进行旋转。当可动单元180要超过开口范围进行旋转时，由于连结棒650与规定一对开口部102W的壁接触，因此，可动单元180无法进一步旋转。

在移动磁铁驱动方式中，具有能够将驱动线圈301、驱动线圈302、驱动线圈303的发热经由磁轭203和磁轭保持器203L、203R、以及磁轭204和磁轭保持器204L、204R而通过基体200来冷却这样大的优点。此外，当将向旋转方向20以及旋转方向21旋转的旋转角度设计成20度以上时，在能够使可动单元180小型化、轻质化的方面是有利的。另一方面，在移动线圈驱动方式中，驱动线圈过于肥大化，也有可能使可动单元180的重量增加。

这样，根据本实施方式，可动单元180的操作部850、上部可动部150、下部可动部102、旋转检测用磁铁406和设于固定单元的防脱用限制面201A、以及设于基体200的两对旋转用驱动部的中心轴全部穿过既作为支承中心也作为驱动中心的球心70。

因此，可动单元180的重心与球心70一致，在重心处支承可动单元180，并且能够实现绕着穿过重心且相互正交的三个轴的旋转驱动。另外，能够防止可动单元180的脱落。

为了降低可动单元180的振幅增大系数(Q值)，输入输出操作装置750的致动器165也可以具备粘性构件(未图示)。在该情况下，如图9B、图10B所示，在搭载于上部可动部150的凹状圆锥构件860的凹状圆锥面860a与固定单元的凸状球面部651的凸状球面651a之间设置有粘性构件。由此，能够降低在设置于可动单元180的驱动磁铁401、驱动磁铁402与设置于基体200的磁轭203、磁轭204之间相对于旋转方向21、22的旋转角度以及旋转方向22的旋转角度而产生的磁吸引力变动所引起的、基于磁弹簧效应的振动的振幅增大系数(Q值)、机械性的固有振动的Q值，能够获得良好的控制特性。

接着，对可动单元180的旋转角度(倾斜)的检测进行说明。如图1、图2、图11A、图11B以及图15所示，致动器165具备检测器，该检测器用于检测搭载有操作部850的可动单元180相对于固定单元的旋转角度以及绕Z轴10的旋转角度。

具体而言，具备用于检测可动单元180的二维旋转角度、即旋转方向20以及旋转方向21的旋转角度的第一检测部；以及用于检测旋转方向22的旋转角度的第二检测部。

尽管未图示，第二检测部包括：在与Z轴10正交的平面内以球心70为中心而配置在可动部180的两端的一对旋转检测用磁铁；以及以与旋转检测用磁铁对置的方式配置于基体200的一对磁传感器。

然而，如本发明的实施方式那样，在输入输出操作装置750仅需要检测旋转方向22的旋转方向的正反的情况下，在第一检测部中也能够充分地进行检测，从而无需第二检测部。

第一检测器包括：搭载于可动部180的底部的旋转检测用磁铁406；相对于穿过球心70且在包含旋转轴11、12的平面内与旋转轴11、12正交的直线13平行、且以Z轴10为中心而配置的一对磁传感器501a和501b；以及相对于穿过球心70且在包含旋转轴11、12的平面内与直线13正交的直线14平行、且以Z轴10为中心而配置的一对磁传感器503a和503b。

磁传感器501a、501b、503a、503b搭载在传感器基板502上，并与旋转检测用磁铁406隔开规定空隙地经由螺旋弹簧600固定于基体200的底部。

首先，对可动单元180的旋转方向20以及旋转方向21上的可动单元180的旋转角度的检测详细进行说明。

传感器基板502在三处经由螺旋弹簧600而由调节螺钉(未图示)601固定在基体200上，通过使三个调节螺钉601分别旋转，从而使旋转检测用磁铁406与磁传感器501a、501b以及503a、503b的相对倾斜和距离发生变化。由此，能够将磁传感器501a、501b和磁传感器503a、503b的倾斜输出信号调整为最佳。

如图11B以及图13A、图13B所示，为了不受到驱动线圈301以及驱动线圈302的驱动电流产生的磁场的影响，磁传感器501a、501b与直线13平行地配置，磁传感器503a、503b与直线14平行地配置。与直线13平行配置的磁传感器501a、501b将通过可动单元180在旋转方向20以及旋转方向21上的旋转动作而产生的旋转检测用磁铁406的磁力变化作为两轴分量进行合成检测，此外，通过对磁传感器501a和501b的检测输出进行差动检测来提高检测信号的S/N。

另外，与直线14平行配置的磁传感器503a、503b将通过可动单元180在旋转方向20以及旋转方向21上的旋转动作而产生的旋转检测用磁铁406的磁力变化作为两轴分量进行合成检测，此外，通过对磁传感器503a和503b的检测输出进行差动检测来提高检测信号的S/N。

此外，如本实施方式那样，在输入输出操作装置750仅需要检测旋转方向22的旋转方向的正反的情况下，也能够通过磁传感器501a和503b的差动检测以及磁传感器501b和503a的差动检测，来检测旋转方向22的旋转方向的正反。

这样，根据本实施方式，通过缩短旋转检测用磁铁406与球心70的间隔，能够减小旋转检测用磁铁406相对于旋转角度的移动。因而，能够减小磁传感器501a、501b和磁传感器503a、503b的配置投影面积。

需要说明的是，在本实施方式中包括磁传感器501a、501b、磁传感器503a、503b、以及旋转检测用磁铁406，但也可以由其他的结构来构成检测器。例如，在Z轴10上也可以包含设于固定单元的光传感器、以及设于可动单元180的光检测图案。通过可动单元旋转而使光检测图案旋转，因此，向光传感器入射的光发生变化。光传感器也能够通过检测该光的变化来计算二维旋转角度。

这样，根据本实施方式的输入输出操作装置750的致动器165，在操作部的Z轴上配置对可动单元在球心处进行枢轴支承的构造，此外，在与Z轴垂直且穿过球心的平面内以球心为中心呈圆周状地配置两对驱动部。由此，能够通过难以受到可动单元的转动角度的影响的磁吸引力来附加恒定的法向力，能够降低旋转角度所引起的摩擦负载变动，并且实现对可动单元进行重心支承、重心驱动的结构，能够在驱动频率区域中大幅抑制机械性的谐振。

另外，以往，为了防止基于磁吸引力的支承构造所特有的大课题、即振动、冲击等干扰等造成的可动单元180的脱落，在设置于固定单元的防脱构件上隔着可供转动的规定空隙而设置有防脱限制面。因此，能够在避免装置的大型化的同时可靠地实现可动单元的防脱。

另外，以如下的方式确定防脱限制面的位置：即便在可动单元脱落成可动单元的凸状球面与固定单元的防脱限制面抵接的状态的情况下，也能够通过磁吸引力，使固定单元的凸状球面部与可动部的凹状圆锥构件再次点接触。因此，能够提供即便在可动单元瞬间脱落的情况下也能够立即恢复到原来的良好支承状态的、耐冲击性非常优异的输入输出操作装置。

另外，用于配置驱动部的Z轴方向的高度位置配置为，与包含球心的水平面相比向下方进行了旋转的高度位置。因此，能够在球心中心处对可动单元的重心进行驱动，并且能够实现薄型化。

另外，通过由树脂材料形成可动部和基体、或者用树脂构件覆盖固定单元的凸状球面部和凹状圆锥构件的表面部分，从而实现低摩擦且耐磨损性优异的支承构造。

另外，通过在由上部可动部的凹状圆锥面和固定单元的凸状球面形成的空隙中填充粘性构件，能够降低因在设置于可动单元的驱动磁铁与设置于固定单元的磁轭之间产生的磁吸引力变动而引起的、基于磁弹簧效应的振动的振幅增大系数(Q值)或机械性的固有振动的Q值，能够获得良好的控制特性。

因此，根据本实施方式的输入输出操作装置的致动器，例如，能够使可动单元绕正交的X轴以及Y轴以+20度以上的大角度进行旋转，另外，能够使可动单元绕与X轴、Y轴正交的Z轴以±5度以上的大角度进行旋转。另外，能够在到200Hz程度为止的宽频带的频率区域中实现良好的振动修正控制。其结果是，实现操作部的绕X轴、Y轴、Z轴的旋转动作，并且由于具备小型且牢固的防脱构造，因此，实现相对于振动或掉落冲击等来自外部的冲击而耐冲击性强的输入输出操作装置的致动器。

接着，使用图16、图17，对具有该致动器165的第一实施方式的输入输出操作装置750的动作进行说明。

如图16所示，本发明的第一实施方式的输入输出操作装置750具备致动器165、驱动电路部350、检测电路部360、以及控制运算处理部94。输入输出操作装置750也可以具备对致动器165的目标位置坐标进行显示的显示运算处理部700。

能够使输入输出操作装置750中的致动器165的被手指触碰的操作部850对显示运算处理部700所显示的目标位置坐标920进行位置追随。图17是示出输入输出操作装置750的控制的详细框图。

如图17所示，驱动电路部350包括驱动电路96a、96b、96r。检测电路部360包括可动单元180的放大电路98x、98y。

具体而言，显示运算处理部700所显示的目标的位置坐标920的x坐标900和y坐标901分别对应于可动单元180的旋转方向20、旋转方向21的目标旋转角度。

另外，如图16所示，致动器165的旋转轴11和旋转轴12相对于显示运算处理部700中的水平基准HS倾斜45度。这是因为，如上所述，在从Z轴方向观察到的投影面中，通过将磁传感器501a、501b、磁传感器503a、503b设置在驱动线圈301、磁轭203、磁轭保持器203L、203R以及驱动线圈302、磁轭204、磁轭保持器204L、204R的投影区域以外(本实施方式中偏移45度设置)，从而不受到驱动线圈301和驱动线圈302的驱动电流产生的磁场的影响。因此，在向作为显示运算处理部700中的水平基准HS方向的直线14方向进行旋转的情况下，能够通过向驱动线圈301和驱动线圈302这两方通电而实现向直线14方向(相当于显示运算处理部700的X轴方向)的驱动。另外，在向作为与水平基准HS垂直的方向的直线13方向进行旋转驱动的情况下，也能够通过向驱动线圈301和驱动线圈302这两方通电而实现向直线13方向(相当于显示运算处理部700的Y轴方向)的驱动。

其结果是，在图16所示的显示运算处理部700中，在相对于θg＝45°的位置坐标920的x坐标900和y坐标901来驱动旋转了45度的驱动线圈301和驱动线圈302的情况下，绕旋转轴12和旋转轴11的可动单元180的旋转角度成为倍的旋转角度。

接着，参照图17，对从显示运算处理部700经由控制运算处理部94而向致动器165输出的可动单元180的位置控制驱动的动作进行说明。

如图17所示，显示运算处理部700中的目标的位置坐标920的x坐标900和y坐标901分别作为数字化了的目标位置坐标信号80x、80y而输出，并向控制运算处理部94输入。

控制运算处理部94基于从显示运算处理部700收到的目标位置坐标信号80x、80y和从检测电路部360收到的旋转角度信号88x、88y来生成目标旋转角度信号84a、84b，由此，针对绕旋转轴11、12的角度进行反馈控制。具体而言，首先，控制运算处理部94进行将目标位置坐标转换为致动器165的旋转角度的处理。此时，还进行上述的磁传感器501a、501b以及磁传感器503a、503b在投影面上与驱动线圈301以及驱动线圈302偏移45度所引起的修正。由此，依次计算与x坐标900和y坐标901相当的向旋转方向20、旋转方向21旋转的目标旋转角度。

另外，由控制运算处理部94进行的相对于目标位置的位置偏移修正处理是根据从显示运算处理部700输出的x坐标900和y坐标901的目标位置坐标信号80x、80y以抑制位置误差的方式来驱动致动器165的可动单元180的位置闭合控制。因此，控制运算处理部94依次输出目标旋转角度信号84a、84b来作为包含致动器165的频率响应特性和相位补偿以及增益修正等在内的最佳的数字振动修正量。

目标旋转角度信号84a、84b被DA转换器95a、95b模拟化，并作为模拟的目标旋转角度信号85a、85b而输入至绕旋转轴11的驱动电路96a、绕旋转轴12的驱动电路96b。

另一方面，在致动器165中，从检测可动单元180相对于基体200的旋转角度的磁传感器501a、501b输出相当于旋转方向20、即相当于显示运算处理部700的与HS垂直的y轴方向的旋转角度信号86y，从磁传感器503a、503b输出相当于旋转方向21、即相当于显示运算处理部700的HS方向的旋转角度信号86x。旋转角度信号86x、86y被模拟电路97x、97y去除噪音成分、DC漂移成分而成为旋转角度信号87x、87y。并且，通过放大电路98x、98y进行放大而获得具有适当大小的振幅的旋转角度信号88x、88y，经由AD转换器99x、99y而数字化了的旋转角度信号89x、89y被依次输入至控制运算处理部94。

在控制运算处理部94中，计算基于目标位置坐标信号80x、80y的目标位置坐标920与基于可动单元180的旋转角度信号89x、89y的当前位置坐标的差量(位置误差)，并重新依次输出基于位置误差的目标旋转角度信号84a、84b，由此进行上述的位置闭合控制。

另外，在控制运算处理部94中，可动单元180的旋转角度信号89x、89y被逆变换运算到显示运算处理部700所显示的位置坐标系而作为反馈位置坐标信号82x、82y输出至显示运算处理部700。

驱动电路96a、96b被向目标的角度信号85a、85b反馈旋转角度信号89x、89y的反馈系统控制。因此，在不对可动单元180作用由手指施加的来自外部的力的情况下，以使可动单元180的旋转方向20、旋转方向21的角度固定的方式进行控制，以便成为规定的旋转角度位置。

因此，基于显示运算处理部700的目标位置坐标信号80x、80y、目标的旋转角度信号85a、85b以及可动单元180的旋转角度信号89x、89y，将对驱动线圈301、驱动线圈302进行驱动的驱动信号输出至驱动电路96a、96b。由此，在输入输出操作装置750中，执行角度位置相对于目标位置坐标920的反馈控制，并且以使反馈位置坐标信号82x、82y与目标位置坐标信号80x、80y相等的方式驱动致动器165的可动单元180。通过这一系列的驱动控制，能够实施可动单元180的操作部850的位置追随控制，实现良好的触感操作。

接着，参照图17，对从显示运算处理部700向致动器165输出的绕旋转方向22的驱动控制动作进行说明。

可动单元180在绕Z轴10的旋转方向22上也被驱动。该动作以基于正弦波、矩形波、脉冲波、三角波等的驱动信号的可动单元180的振动为主。在本实施方式中，该动作基于开放控制而进行。

控制运算处理部94基于从显示运算处理部700收到的选择信号80r而生成具有规定的驱动波形图案的驱动信号84r，驱动可动单元180绕Z轴10振动。为此，控制运算处理部94存储有提供规定的振动模式的各种驱动波形图案。驱动波形图案包括被认为适合于触觉操作功能的提示且表现为粘滑感、点击感的、具有高频特性的驱动波形图案。

显示运算处理部700向控制运算处理部94输出用于选择驱动波形图案的选择信号80r。控制运算处理部94基于选择信号80r来选择规定的驱动波形图案，并将数字化了的驱动信号84r输出至DA转换器95r。模拟化了的驱动信号85r输入至旋转方向22的驱动电路96r。由此，驱动可动单元180向旋转方向22振动，能够经由操作部850向操作者的指尖赋予振动感、对位于指尖内部的帕西尼氏小体进行刺激的触觉感。

可动单元180向旋转方向22的振动例如构成为，在从上方观察可动单元180的情况下，绕Z轴10以规定的角度向右方向旋转，并通过反转以规定的角度向左方向旋转这样的反复运动。

另外，除了振动驱动以外，可动单元180也可以由具有可听区域的频率成分的驱动信号沿旋转方向22驱动。由此，可动单元180也能够以可听区域的频率进行振动而从致动器165输出声音。

这样，可动单元180的操作部850关于绕旋转轴11、12的角度被二维地控制，并且沿旋转方向22被振动驱动，由此，能够使用本实施方式的输入输出操作装置来作为在各种领域中使用的人机界面(HMI)。

接着，参照图17，对从致动器165经由控制运算处理部94而向显示运算处理部700输出的可动单元180的旋转角度的检测动作进行说明。

致动器165根据其结构而在利用指尖并经由操作部850使可动单元180绕旋转轴11、12进行了二维旋转的情况下，磁传感器501a、501b和磁传感器503a、503b作为对可动单元180的绕旋转轴11、12的旋转角度进行检测的传感器发挥功能。

此外，由于致动器165具有良好的频率响应特性和较高的旋转角度分辨率，因此，可动单元180对手指的动作检测灵敏度非常高，从而也能够进行在便携终端中经常使用的轻弹输入、轻拂输入的检测或文字输入的检测。

从磁传感器501a、501b输出相当于旋转方向20、即相当于显示运算处理部700的与HS垂直的y轴方向的旋转角度信号86y，从磁传感器503a、503b输出相当于旋转方向21、即相当于作为显示运算处理部700的水平方向的HS方向的旋转角度信号86x。

旋转角度信号86x、86y被模拟电路97x、97y去除噪音成分、DC漂移成分而成为旋转角度信号87x、87y。并且，通过放大电路98x、98y而获得适当输出值的旋转角度信号88x、88y，经由AD转换器99x、99y而数字化了的旋转角度信号89x、89y被依次输入至控制运算处理部94。控制运算处理部94存储有包含轻弹输入、轻拂输入等特殊输入图案模式在内的各种输入检测波形图案，控制运算处理部94对作为输入波形的旋转角度信号89x、89y是哪种输入图案模式进行比较检测并选择后，将其作为选择信号82s向显示运算处理部700输出。

接着，对可动单元180的旋转方向22的旋转检测的动作进行说明。在本实施方式中，未设置旋转检测专用的磁传感器，但如上所述，在可动单元180除了向旋转方向20以及旋转方向21旋转之外还进行了旋转方向22的旋转的情况下，能够根据旋转角度信号89x、89y的相对输出差来检测可动单元180在旋转方向22上被顺时针操作还是被逆时针操作。

由此，能够使搭载于可动单元180的操作部850在顺时针或逆时针地旋转的同时沿旋转方向20、旋转方向21进行旋转移动，由此，也能够进行在便携终端中经常使用的夹点输入所引起的画面的放大缩小、滚动输入的代替输入的检测。例如，控制运算处理部94也可以对旋转角度信号89x、89y的差异进行检测，并将其结果作为检测信号82r向显示运算处理部700输出。

以上，对显示运算处理部700、控制运算处理部94以及致动器165的输入输出控制的动作进行了说明，但例如如图16、图17所示，在显示运算处理部700中也可以设置致动器165的可动单元180的可移动的识别坐标区域710。由此，操作者能够在与识别坐标区域710的内部相当的范围内，在没有移动负载的状态下对操作部850自由地进行操作，但在操作部850移动到识别坐标区域710以外的区域的情况下，能够驱动可动单元180以使操作部850返回到坐标轴上最近的识别坐标区域710的内部。即，能够实现操作部850的范围限制，作为输入输出操作装置750的功能和应用领域变广。在该情况下，控制运算处理部94例如在识别坐标区域710的中心设定目标位置坐标，在基于旋转角度信号89x、89y的当前位置坐标处于识别坐标区域710的范围内部的情况下，将上述的反馈控制设定为第一增益，在当前位置坐标处于识别坐标区域710的范围外的情况下，没定比第一增益大的增益。由此，例如，在操作者利用手指使操作部850移动的情况下，能够赋予在识别坐标区域710的周围具备用于限制的壁面这样的触感。此外，通过使包含相位补偿、增益修正等的控制变量发生变化，也能够使用于限制的壁变更为较硬的材质感或柔软的材质感。

此外，通过使识别坐标区域在软件方面瞬时地变更，由此能够生成符合各种范围限制的输入输出操作装置。

(第二实施方式)

图18是示出本发明的第二实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。使用图18对具有致动器165的第二实施方式的输入输出操作装置750的动作进行说明。第二实施方式的输入输出操作装置750的结构与第一实施方式相同。不同之处在于，将识别坐标区域720的形状变更成圆环。

与第一实施方式相同，控制运算处理部94例如在识别坐标区域720的中心设定目标位置坐标，在基于旋转角度信号89x、89y的当前位置坐标处于识别坐标区域710的范围内部的情况下，将上述的反馈控制设定为第一增益，在当前位置坐标处于识别坐标区域710的范围外的情况下，设定比第一增益大的增益。由此，在与识别坐标区域720的内部相当的范围内，操作者能够在没有移动负载的状态下对操作部850自由地进行操作。但是，在使操作部850移动到识别坐标区域720以外的区域的情况下，控制为使操作部850返回到坐标轴上最近的识别坐标区域720的内部。即，能够实现操作部850的圆形状的轨道限制，作为输入输出操作装置750的功能和应用领域变广。

这样，在第二实施方式的输入输出操作装置750中，操作者不用目视操作部850就能够使手指以与规定的目标轨道一致的方式沿着规定的目标轨道，能够实现具有盲板触摸感的操作。

(第三实施方式)

图19是示出本发明的第三实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。使用图19对具有致动器165的第三实施方式的输入输出操作装置750的动作进行说明。第三实施方式的输入输出操作装置750的结构与第一实施方式相同。不同之处在于，变更成识别坐标区域被离散配置的识别坐标区域730。

如图19所示，以将多个区域呈圆周状分散配置而得到的识别坐标区域730作为目标。控制运算处理部94在根据可动单元180的操作部850的当前位置坐标930或者来自外部的信号而从多个区域选出的一个区域内设定目标位置坐标，并如第一实施方式中说明的那样进行反馈控制。例如，如图19中的粗虚线所示，控制运算处理部94与识别坐标区域730的多个区域对应地设定扇形的区域，在操作部850的当前位置坐标930处于一个扇形的区域内的情况下，在该扇形区域内的识别坐标区域的中心设定目标位置坐标。例如，在可动单元180处于当前位置坐标930的情况下，位置上接近的识别坐标区域为区域530。控制运算处理部94将区域530选择为识别坐标区域。并且，在区域530的中心设定目标位置坐标。由此，通过反馈控制对搭载于可动单元180的操作部850进行驱动，以使得操作部850位于区域530。

例如，在利用操作者的手指的力将位于区域540的内侧的操作部850向作为区域540的外侧的区域530方向强制地移动、且当前位置坐标930移动到区域540的扇形的区域的情况下，控制运算处理部94在区域540的中心设定目标位置坐标。由此，操作部850通过反馈控制向区域540移动。

另外，在从区域540向区域530转移的情况下，能够自由地选择第一实施方式所述的较硬的材质感的壁或柔软的材质感的壁，因此，能够使转移时的操作感觉自由地变化为敏锐的点击感或具有粘性的缓冲感。

此外，目标位置坐标的确定也可以基于操作者的指令来进行。例如，关于区域530与区域540的选择操作，如果在到达任一区域后操作者使操作部850绕旋转轴22旋转，则能够通过从控制运算处理部94输出检测信号82r来进行选择判定。

因此，在第三实施方式的输入输出操作装置750中，能够将绕旋转轴22的检测信号82r作为选择开关来利用，无需另外设置选择开关。

(第四实施方式)

图20是示出本发明的第四实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。使用图20对具有致动器165的第四实施方式的输入输出操作装置750的动作进行说明。第四实施方式的输入输出操作装置750的结构与第一实施方式相同。不同之处在于，识别坐标区域740具有被离散配置的多个区域，并且，驱动操作部850绕旋转轴22进行振动。

如图20所示，以配置有两个识别坐标区域的识别坐标区域740作为目标。向多个区域引导操作部850的反馈控制如第三实施方式所说明的那样。例如，如图20所示，在可动单元180处于作为区域550的内侧的当前位置坐标940的情况下，就位置上接近的识别坐标区域而言，区域560为候补区域。在利用操作者的手指的力将位于区域550的内侧的操作部850向作为区域540的外侧的区域560强制地移动而达到区域560的情况下，在到达区域560的同时，驱动操作部850绕旋转轴22进行振动。

由此，操作者不用目视操作部850就能够通过振动驱动而在触感上感觉到到达了区域560这一情况。在进行振动驱动的驱动信号84r中，优选从10Hz到能够接受指尖的帕西尼氏小体的200Hz为止的驱动频率。另外，也可以将声音信号用作驱动信号84r。

(第五实施方式)

图21是示出本发明的第五实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。使用图21对具有致动器165的第五实施方式的输入输出操作装置750的动作进行说明。第五实施方式的输入输出操作装置750的结构与第一实施方式相同。不同之处在于，识别坐标区域760具有被离散配置的多个区域，并且，操作者自如地改变使操作部850从区域570向区域580转移的转移状态590。

如图21所示，在显示运算处理部700中设定包含区域570以及580的识别坐标区域760。例如，如图21所示，在可动单元180位于从区域570向区域580转移的中途即当前位置坐标950的情况下，位置上最接近的识别坐标区域为区域570。向区域570、580引导操作部850的反馈控制如第三实施方式所说明的那样。

可选择的区域为区域570和区域580这两个区域，与区域580相比，当前位置坐标950更接近区域570。在操作部850位于当前位置坐标950的情况下，旋转角度信号89x、89y也被依次输入至控制运算处理部94。因此，能够使用该旋转角度信号89x、89y并根据要转移的位置坐标，阶段性地向操作部850赋予移动附加阻力。例如，若以矩形波附加该附加阻力，则能够经由操作部850而使操作者的手指感到微小的点击振动。另外，通过施加取决于操作部850的速度的附加阻力，由此能够使操作者的手指感到粘性阻力那样的缓冲感。由此，与操作者使操作部850从当前位置坐标950向区域580移动相比，向区域570移动时，从赋给操作部850的振动中受到感觉到阻力的触觉。因而，例如在使操作部850的位置从区域570向区域580移动的情况下，操作者能够被触觉引导而以自然的感觉来对操作部850进行操作。

(第六实施方式)

图22A是示出本发明的第六实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。图22B是示出本发明的第六实施方式的输入输出操作装置750的输入检测信号的图。使用图22A、图22B对具有致动器165的第六实施方式的输入输出操作装置750的动作进行说明。

图22B示出在操作者向操作部850赋予轻弹动作、轻拂动作的情况下，被检测为旋转角度信号89x、89y的过度响应的信号。第六实施方式的输入输出操作装置750的结构与第一实施方式相同。不同之处在于，通过控制运算处理部94来对该过度响应的信号图案进行图案识别。

通常，作为在便携终端中使用的触摸面板上的操作方法，具有以在利用手指按压画面之后突然弹起的方式动作的被称为轻弹的操作方法；以及以将手指按压于画面并向固定的方向扫掠的方式动作的被称为轻拂的操作方法。这些是触摸面板中独特的操作方法。在轻弹中，无需多次按压相同的键，能够提高文字输入的速度，在轻拂中，能够进行画面切换或换页。

然而，在具有机械构造的操纵杆等输入输出操作装置中，从频率响应特性的不足、感知分辨率的课题的观点来看，难以实现上述的基于轻弹动作的输入和基于轻拂动作的输入。

在本实施方式的输入输出操作装置750中，具有能够解决上述课题的高频率响应特性和高分辨率的磁传感器，能够充分地检测图22B所示那样的操作部850的过度响应信号。因此，通过控制运算处理部94对操作部850的移动所引起的旋转角度信号89x、89y进行图案识别，由此能够将操作部850的轻弹动作、轻拂动作作为输入信号进行检测。

由此，能够实现在触摸面板操作中无法体会到的伴随着实际动作的轻弹、轻拂。具体而言，通过使操作部进行轻弹动作、轻拂动作，由此能够如图22A所示那样实现显示方向822和820的二维操作。

在本发明的第一至第六实施方式的输入输出操作装置750中，示出以位置信号为主的位置控制系统。但是，通过经由AD转换器从致动器165的磁传感器501a、501b和磁传感器503a、503b将旋转角度信号89x、89y取入到控制运算处理部94并进行微分运算处理，由此也能够检测可动单元180的旋转速度信号。由此，在控制运算处理部94中，还能够通过进行目标位置坐标信号80x、80y的微分运算处理来进一步构筑使用了可动单元180的旋转速度信号的速度反馈系统，能够以更高的速度实施位置控制。

(第七实施方式)

图23是示出本发明的第七实施方式的输入输出操作装置750的结构的详细框图。如图23所示，输入输出操作装置750具备可动操作单元810、位置检测部811、驱动部812、电极813、通信部814、控制运算处理部894、以及显示运算处理部700等。

电极813通过在平板状的两张导电体(未图示)之间夹着电介质(未图示)而构成。

通信部814由发送电路(未图示)和接收电路(未图示)构成。发送电路例如由电压控制振荡器(VCO：Voltage Controlled Oscillator)构成，并振荡出RF(Radio Frequency)的交流信号(高频信号)。

控制运算处理部894将微控制器作为主要结构要素。控制运算处理部894例如构成为：对通信部814的发送电路进行控制而对所述高频信号(输送波)进行FK(频移键控)调制来生成包含各种信息(发送数据)的传输信号，将所生成的传输信号施加给电极813。并且，通过施加传输信号而使在电极813的周围产生的电场发生变化，该电场的变化经由操作者(人体H)传播，其结果是，传输信号从通信部814传输至通信标签803。

通信部814的接收电路构成为：将经由人体H而引导至电极813的电场的变化转换成电信号(传输信号)，并且从传输信号中解调出发送数据而将其交给控制运算处理部894。

可动操作单元810、位置检测部811以及驱动部812可以使用参照图1等说明的第一实施方式的致动器165。如第一实施方式中说明的那样，可动操作单元810包括操作部850和搭载有操作部850的可动单元180。可动操作单元810相对于固定单元在如下的三个旋转方向上自如地进行旋转，这三个旋转方向是：以Z轴10为中心进行旋转的旋转方向22；以与Z轴10正交且穿过球心70的旋转轴(X轴)11为中心进行旋转的旋转方向21；以及以与Z轴10正交且穿过球心70的旋转轴(Y轴)12为中心进行旋转的旋转方向20。

如第一实施方式中说明的那样，驱动部812包括：用于使可动操作单元810向旋转方向20(以X轴为中心旋转)以及旋转方向21(以Y轴为中心旋转)旋转(倾斜)的第一驱动部和第二驱动部；以及使操作部850相对于固定单元沿旋转方向22(以Z轴为中心旋转)旋转的第三驱动部。驱动部812也可以不包括第三驱动部。第一驱动部包括一对驱动磁铁401、一对驱动线圈301、以及由磁性体构成的一对磁轭203。此外，在一对驱动线圈301的内侧，卷绕有以Z轴10为中心沿旋转方向22进行旋转驱动的第三驱动部、即一对驱动线圈303。第二驱动部包括一对驱动磁铁402、一对驱动线圈302、以及由磁性体构成的一对磁轭204。此外，在一对驱动线圈302的内侧卷绕有后述的以Z轴10为中心沿旋转方向22进行旋转驱动的第三驱动部、即一对驱动线圈303。此外，驱动部812包括驱动电路部。驱动电路部接受可动操作单元810的目标旋转角度信号并控制第一驱动部以及第二驱动部。

如第一实施方式中详述的那样，位置检测部811至少包括对可动单元180的绕X轴及Y轴的旋转角度进行检测的第一检测部。第一检测部包括：搭载于可动部180的底部的旋转检测用磁铁406；相对于穿过球心70且在包含旋转轴11、12的平面内与旋转轴11、12正交的直线13平行、且以Z轴10为中心而配置的一对磁传感器501a和501b；相对于穿过球心70且在包含旋转轴11、12的平面内与直线13正交的直线14平行、且以Z轴10为中心而配置的一对磁传感器503a和503b。也可以包括对可动单元180的绕Z轴的旋转角度进行检测的第二检测部。

位置检测部811还包括检测电路部，检测电路部根据第一角度以及第二角度生成第一旋转角度信号以及第二旋转角度信号。

显示运算处理部700以微控制器作为主要结构要素，显示运算处理部700执行使显示设备802显示图像文字、图标、指针等信息的处理。需要说明的是，显示设备802由液晶显示器、有机EL显示器(OELD：organic electroluminescence display)以及驱动电路构成，显示运算处理部700构成为通过对驱动电路进行驱动控制而将所述信息显示于画面。需要说明的是，显示运算处理部700也可以包括显示设备802。

控制运算处理部894接受由位置检测部811生成的可动单元180的旋转角度信号来作为可动操作单元810的位置信息。在控制运算处理部894中，可动单元180的旋转角度信号被逆变换运算到显示运算处理部700的位置坐标系而作为反馈位置坐标信号输出至显示运算处理部700。

另外，如图24所示，输入输出操作装置750构成为，在由合成树脂成形体构成的壳体817内收纳可动操作单元810等各部分810～816。壳体817形成为长条的矩形箱状，在壳体817的长度方向的一端侧的顶面露出可动操作单元810的一部分。此外，在壳体817的顶面上的可动操作单元810的后方露出电极813的一部分(一方的导电体的一部分)。在图24中，电极813与可动操作单元810分离设置，但电极813也可以设置于可动操作单元810的操作部850。

另一方面，通信标签803具备电极830、通信部831、处理部832等(参照图23)。电极830通过使两张平板状的导电体(未图示)以夹着电介质的方式对置而构成。通信部831由发送电路和接收电路构成(均未图示)。

发送电路由电压控制振荡器构成，振荡出RF的交流信号。处理部832以微控制器作为主要结构要素。处理部832构成为：控制发送电路来对高频信号(输送波)进行FK调制而生成包含各种信息(例如，固有的识别标号<ID信息>)的传输信号，并将所生成的传输信号施加给电极830。并且，通过施加传输信号而使在电极830的周围产生的电场发生变化，该电场的变化经由人体H(操作者)进行传播，其结果是，传输信号从通信标签803传输至输入输出操作装置750。

接收电路构成为：将经由人体H引导至电极830的电场的变化转换成电信号(传输信号)，并且从传输信号中解调出发送数据而将其交给处理部832。需要说明的是，通信标签803具备电池，从电池向各部分831、832供给动作电源。

本实施方式的输入输出操作装置750用于操作例如车载设备(汽车导航装置、音响装置等)的用途。例如，如图25所示，输入输出操作装置750配置在机动车的中央控制台853中的变速杆851的后方。另外，显示设备802配置在机动车的仪表盘(也称为仪表板)852的中央。显示运算处理部700配置在图24所示的输入输出操作装置750的主体的内部。或者，显示运算处理部700也可以与输入输出操作装置750的主体分离而设置在外部，例如可以配置在仪表盘的内部。此外，在驾驶席的脚部以及助手席的脚部、后部座席的脚部分别设置通信标签803。这些通信标签803组入到在各座席的脚部铺设的地垫中，以使得就座于各座席的人(驾驶者或同乘者)的鞋等与电极830接触。需要说明的是，在各通信标签803上分配有固有的识别标号，包含识别标号的传输信号从各通信标签803经由人体而传输至输入输出操作装置750的通信部814。其中，通信标签803也可以设置在各座席的座部或者靠背上。

接着，对本实施方式的输入输出操作装置750的动作进行说明。

首先，假设在机动车的驾驶席和助手席上分别就座有人，就座于驾驶席的人(驾驶者)将左手放置在输入输出操作装置750之上(壳体817的顶面)并使用手指对可动操作单元810进行操作。在驾驶者的手触碰到电极813的状态下，输入输出操作装置750的控制运算处理部894生成询问识别标号的消息，并从通信部814发送包含该消息的传输信号。

所述传输信号从电极813经由驾驶者而到达通信标签803的电极830，并由通信部831接收。通信标签803的处理部832在获取由通信部831接收到的传输信号所包含的所述询问消息时，读出存放于存储器(未图示)的识别标号，从通信部831发送包含该识别标号的传输信号。

在输入输出操作装置750中，由通信部814接收从通信标签803发送来的传输信号。控制运算处理部894将由通信部814接收到的传输信号所包含的识别标号与预先登记在存储器(未图示)中的识别标号进行对照，由此，来判定输入输出操作装置750的操作者是驾驶者和同乘者中的哪一位(操作者的属性)，从而识别操作者的属性(驾驶者)。

控制运算处理部894构成为：从机动车的电子控制单元(electronic controlunit)获取车速的信息，判定车速为零时(机动车处于停车中时)和车速不为零时(机动车处于行驶中时)，并基于判定结果来变更指针操作图案。

指针操作图案是指在显示设备802的画面上指针的操作被许可的范围。例如，如图26所示，第一指针操作图案是在显示设备802的画面上由一个边界线(虚线X所示的圆)围成的内侧区域。而且，在选择了第一指针操作图案时，指针210的操作范围被限制在边界线的内侧区域。但是，边界线并不局限于圆，也可以是椭圆、多边形等。

另外，如图27所示，第二指针操作图案在显示设备802的画面上由固定的多个(图示例中为14个)区域Y1～Y14和将相邻的区域Y1～Y14彼此连接的轨道(直线)Z构成。而且，在选择了第二指针操作图案时，指针210的操作范围被限制在14个区域Y1～Y14的内侧区域和将各区域Y1～Y14连接的轨道Z上。例如，在使指针210从区域Y1向区域Y8移动的情况下，必须在轨道Z上从区域Y1向区域Y2、从区域Y2向区域Y3依次地进行移动。

或者，如图28所示，第三指针操作图案在显示设备2的画面上由平行的两条线段W1和将各线段的中点连结的线段W2构成为“H”形。或者，如图29所示，第四指针操作图案是将在两个区域Y1、Y2之间移动的路径限定为直线的路径R1的图案。即，直线的路径R1以外的路径受到限制，例如，使指针210通过半圆弧状的路径R2移动的路径受到限制。但是，指针操作图案并不局限于上述的图案。

例如，控制运算处理部894在操作者为驾驶者的情况下车速为零时，不限制指针210的操作范围，使指针210与可动操作单元810的位置信息对应地自由移动。另一方面，在操作者为驾驶者的情况下车速不为零时，控制运算处理部894选择第一～第四指针操作图案的任一个，限制与可动操作单元810的位置信息对应的指针210的操作范围。

即，当驾驶者在行驶中对操作部10进行操作的情况下，优选对指针210的操作范围进行限制而限定为导航声的音量调整等有限的操作项目，以便可以不注视显示设备2的画面。而且，在控制运算处理部894接受到指针210脱离指针操作图案这样的可动操作单元810的位置信息的情况下，控制运算处理部894指示驱动部812，以从驱动部812向可动操作单元810作用与操作者施加的操作力相反的力(反作用力)。因此，控制运算处理部894控制驱动部812而使所述反作用力作用于可动操作单元810，因此，操作者能够认识到进行了未被许可的操作。

需要说明的是，在同乘者(例如，就座于助手席的人)对输入输出操作装置750的可动操作单元810进行操作的情况下，控制运算处理部894利用从设置于助手席的脚部的通信标签803通过人体通信而获取到的识别信息，判定为操作者的属性是同乘者。在该情况下，控制运算处理部894无论车速如何都不限制指针210的操作范围。因此，操作者(同乘者)能够不受任何制限地对可动操作单元810进行操作而使指针210自由地移动。

如上所述，本实施方式的输入输出操作装置750具备：根据操作者施加的操作力而位移的可动操作单元810；检测可动操作单元810的位置的位置检测部811；以及对可动操作单元810作用与操作力相反的力的驱动部812。另外，输入输出操作装置750具备；供操作者接触的电极813；经由与电极813接触的操作者进行通信的通信部814；以及控制驱动部812并且输入位置检测部811检测出的可动操作单元810的位置信息、且执行与位置信息对应的处理的控制运算处理部894。

控制运算处理部894根据通信部814接收的信息来确定操作者的属性，并与该属性对应地选择预先准备的多种指针操作图案中的至少一种。

此外，控制运算处理部894将选择出的操作图案和可动操作单元810的位置信息输出至显示运算处理部700。显示运算处理部700与选择出的指针操作图案和可动操作单元810的位置信息对应地执行使显示设备802显示的处理。

控制运算处理部894向显示运算处理部700输出的可动操作单元810的位置信息例如是，将可动单元180的旋转角度信号逆变换运算到显示运算处理部700的位置坐标系所得的反馈位置坐标信号。

控制运算处理部894构成为，与选择出的指针操作图案对应地使与操作力相反的力从驱动部812向可动操作单元810作用。关于从驱动部812向可动操作单元810作用的反作用力的控制，例如，显示运算处理部700根据控制运算处理部894选择出的指针操作图案而生成可动操作单元810的目标位置坐标信号。控制运算处理部894基于与选择出的指针操作图案对应的从显示运算处理部700接受的目标位置信号、以及从位置检测部811接受的旋转角度信号，来生成可动操作单元810的目标旋转角度信号。而且，驱动部812从控制运算处理部894接受目标旋转角度信号并控制第一驱动部以及第二驱动部，由此向可动操作单元810作用反作用力。

根据上述结构，由于与操作者的属性(例如驾驶者或同乘者)对应地选择适当的指针操作图案，因此，能够实现输入输出操作装置750的使用便利性的提高。而且，输入输出操作装置750根据通过与通信标签803的人体通信而获取的识别信息来判定操作者的属性，因此，无需操作者本身有意识地对开关进行操作，能够抑制操作性的下降。

另外，本实施方式的输入输出操作装置750在能够与操作可动操作单元810的操作者的手指接触的位置处、即在壳体17的顶面上的可动操作单元810的后方的位置处配置有电极813。因此，当操作者要用指尖操作可动操作单元810时，自然地将手掌放置于可动操作单元810的后方的位置，因此，即便不有意识地操作开关等，也能够简单地判定操作者的属性。

另外，如图30所示，本实施方式的输入输出操作装置750也可以通过在枪(手枪)型的壳体818中收纳可动操作单元810等而构成。从壳体818的相当于枪身的部分880的后端面露出可动操作单元810的一部分，在相当于把手(抓握部)的部分881中收纳通信部814和电极813。其中，电极813优选以在整周的范围内覆盖相当于抓握部的部分881的方式设置。需要说明的是，这种枪型的输入输出操作装置750用于升降装置等各种设备的操作。

另外，例示了本实施方式的驱动部构成为使与操作部一体设置的磁性体作用磁力这样的情况，但只要是构成为进行所谓的触觉控制的驱动部，则可以应用为任意的形态。例如也可以为通过致动器的驱动而获得与操作力相反的力这样的驱动部。

另外，在本实施方式中例示了通信标签803设置在机动车的各座席的脚部这样的情况，但例如驾驶者或同乘者也可以携带通信标签803，或者将通信标签803内置于方向盘。

工业上的可利用性

本发明公开的输入输出操作装置适合用作在各种领域中使用的人机界面(HMI)，例如，适合用作用于机动车中的导航、空调、音响、收音机等的操作的输入输出操作装置。

附图标号说明

10 Z轴

11、12 旋转轴

13、14 直线

20、21、22 旋转方向

94 控制运算处理部

70 球心

850 操作部

180 可动单元

102W 开口部

102R 凸状球面

165 致动器

200 基体

200A 凹状球面

200P、200T 开口部

201 防脱构件

201A 防脱限制面

203、204 磁轭

301、302、303 驱动线圈

350 驱动电路部

360 检测电路部

401、402 驱动用磁铁

406 旋转检测用磁铁

501a、501b、503a、503b 磁传感器

600 螺旋弹簧

650 连结棒

670 磁背轭

700 显示运算处理部

750 输入输出操作装置

802 显示设备

803 通信标签

810 可动操作单元

811 位置检测部

812 驱动部

813 电极

814 通信部

817 壳体

818 壳体

830 电极

831 通信部

832 处理部

850 可动单元

853 中央控制台

851 变速杆

894 控制运算处理部

Claims (40)

1.一种输入输出操作装置，其特征在于，

所述输入输出操作装置具备致动器、检测电路部、控制运算处理部以及驱动电路部，

所述致动器具备：

操作部，其具有供手指接触的表面；

可动单元，其搭载所述操作部和至少一个吸附用磁铁，且在一部分上具有凹部；

固定单元，其具有至少一个磁性体以及供所述可动单元的所述凹部游隙嵌合的凸状球面，利用所述至少一个吸附用磁铁与所述至少一个磁性体的磁吸引力使所述可动单元的所述凹部与所述凸状球面点接触或线接触，从而将所述可动单元支承为以所述凸状球面的球心为中心自如地进行旋转；

第一驱动部，其使所述操作部相对于所述固定单元以穿过所述球心的X轴为中心进行旋转；

第二驱动部，其使所述操作部相对于所述固定单元以在包含所述X轴的平面内与所述X轴正交的Y轴为中心进行旋转；

第三驱动部，其使所述可动单元相对于所述固定单元以与所述X轴和所述Y轴正交且作为所述操作部的中心轴的Z轴为中心进行旋转；以及

检测器，其检测所述操作部相对于所述固定单元的绕所述X轴的第一旋转角度以及绕所述Y轴的第二旋转角度，

在所述致动器中，所述凸状球面的所述球心设置在所述X轴、Y轴、Z轴的原点，

所述检测电路部根据所述第一旋转角度以及所述第二旋转角度来生成第一旋转角度信号以及第二旋转角度信号，

所述控制运算处理部基于所述第一旋转角度信号以及所述第二旋转角度信号来生成第一目标旋转角度信号以及第二目标旋转角度信号，

所述驱动电路部接受所述第一目标旋转角度信号以及所述第二目标旋转角度信号，生成驱动所述第一驱动部以及所述第二驱动部的信号。

2.根据权利要求1所述的输入输出操作装置，其中，

所述控制运算处理部基于所述第一旋转角度信号、所述第二旋转角度信号，生成与所述操作部的可动范围区域相当的二维坐标系中的所述操作部的当前位置坐标，并基于使用了目标位置坐标与所述当前位置坐标的差量的位置反馈控制，生成所述第一目标旋转角度信号、第二目标旋转角度信号。

3.根据权利要求2所述的输入输出操作装置，其中，

所述控制运算处理部在所述二维坐标系中设定包含所述目标位置坐标并成为目标的识别坐标区域，在所述操作部的所述当前位置坐标处于所述识别坐标区域的范围内部的情况下，设定所述位置反馈控制的第一增益，在所述当前位置坐标处于所述识别坐标区域的范围外的情况下，设定比第一增益大的增益。

4.根据权利要求3所述的输入输出操作装置，其中，

所述控制运算处理部在所述二维坐标系中设定成为目标的多个识别坐标区域，并且在根据所述操作部的所述当前位置坐标或者来自外部的信号而从所述多个识别坐标区域中选出的一个识别坐标区域内设定所述目标位置坐标，

所述控制运算处理部在所述操作部的所述当前位置坐标处于所述识别坐标区域的范围内部的情况下，设定所述位置反馈控制的第一增益，在所述当前位置坐标处于所述识别坐标区域的范围外的情况下，设定比第一增益大的增益。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的输入输出操作装置，其中，

所述控制运算处理部生成具有规定的驱动波形图案的驱动信号，

所述驱动电路部接受所述驱动信号，生成对所述第三驱动部进行驱动的信号，

通过所述第三驱动部来驱动可动单元向绕所述Z轴的方向进行振动。

6.根据权利要求5所述的输入输出操作装置，其中，

所述规定的驱动波形图案包括具有可听区域的频率成分的振动波形。

7.根据权利要求1所述的输入输出操作装置，其中，

所述检测器包括：

第一检测部，其检测所述操作部相对于所述固定单元的绕所述X轴和所述Y轴的旋转角度；以及

第二检测部，其检测所述操作部相对于所述固定单元的绕所述Z轴的旋转角度。

8.根据权利要求1所述的输入输出操作装置，其中，

所述可动单元的所述凹部为凸状球面，且所述固定单元的所述凸状球面为凹部。

9.根据权利要求1所述的输入输出操作装置，其中，

所述可动单元的所述凹部具有圆锥状的表面。

10.根据权利要求1所述的输入输出操作装置，其中，

所述可动单元具有开口部，所述开口部供用于固定所述凸状球面的保持杆插入，通过所述开口部与所述保持杆接触来限制所述可动单元的旋转角度。

11.根据权利要求1所述的输入输出操作装置，其中，

所述输入输出操作装置还具备防脱构件，该防脱构件设置于固定单元且具有限制所述可动单元的移动的限制面，以避免所述可动单元从所述固定单元脱落，

所述限制面具有凹状部分球面，该凹状部分球面具有与所述球心一致的中心。

12.根据权利要求1所述的输入输出操作装置，其中，

所述第一驱动部包括：

在所述可动单元中相对于所述Z轴对称地配置的一对第一驱动磁铁；

以与所述一对第一驱动磁铁对置的方式分别配置于所述固定单元的一对第一磁轭；以及

分别卷绕在所述一对第一磁轭上的一对第一驱动线圈，

所述第二驱动部包括：

在所述可动单元中相对于所述Z轴对称地配置的一对第二驱动磁铁；

以与所述一对第二驱动磁铁对置的方式分别配置于所述固定单元的一对第二磁轭；以及

分别卷绕在所述一对第二磁轭上的一对第二驱动线圈，

所述一对第一驱动磁铁以及所述一对第一驱动线圈设置在穿过所述凸状球面的球心的直线上，

所述一对第二驱动磁铁以及所述第二驱动线圈设置在穿过所述凸状球面的球心且与所述直线正交的另一直线上，

各第一驱动磁铁、各第一驱动线圈、各第二驱动磁铁以及各第二驱动线圈的所述Z轴方向上的中心位置与所述凸状球面的所述球心的位置大致一致。

13.根据权利要求12所述的输入输出操作装置，其中，

所述第三驱动部包括分别卷绕在所述一对第一磁轭以及所述一对第二磁轭上的第三驱动线圈，

将所述一对第一驱动磁铁以及所述一对第二驱动磁铁用作第三驱动磁铁。

14.根据权利要求12所述的输入输出操作装置，其中，

利用一对磁背轭分别将所述一对第一驱动磁铁与所述一对第二驱动磁铁连结起来，所述一对磁背轭设置在所述可动单元的内侧。

15.根据权利要求12所述的输入输出操作装置，其中，

所述至少一个磁性体是所述一对第一磁轭以及所述一对第二磁轭。

16.根据权利要求12所述的输入输出操作装置，其中，

所述至少一个吸附用磁铁是所述一对第一驱动磁铁以及所述一对第二驱动磁铁。

17.根据权利要求12所述的输入输出操作装置，其中，

在所述可动单元位于中立位置的状态下，所述一对第一驱动磁铁以及所述一对第二驱动磁铁以相对于与所述Z轴垂直且穿过所述球心的水平面朝下呈45度以下的旋转角度A的方式配置，所述一对第一驱动线圈和所述一对第一磁轭以及所述一对第二驱动线圈和一对第二磁轭以与所述一对第一驱动磁铁以及所述一对第二驱动磁铁对置的方式环绕配置在所述固定单元上。

18.根据权利要求17所述的输入输出操作装置，其中，

所述旋转角度A为15度以上且25度以下。

19.根据权利要求12所述的输入输出操作装置，其中，

所述一对第一驱动磁铁、所述一对第二驱动磁铁分别位于所述可动单元的内侧，并且未在所述可动单元的外形面露出。

20.根据权利要求13所述的输入输出操作装置，其中，

所述一对第一驱动线圈、所述一对第二驱动线圈以及所述第三驱动线圈分别设置在所述固定单元的内侧，并且未在所述固定单元的外形面露出。

21.根据权利要求1所述的输入输出操作装置，其中，

所述可动单元由树脂材料构成。

22.根据权利要求12所述的输入输出操作装置，其中，

所述可动单元与所述一对第一驱动磁铁、所述一对第二驱动磁铁一起一体成型。

23.根据权利要求1所述的输入输出操作装置，其中，

所述固定单元由树脂材料构成。

24.根据权利要求13所述的输入输出操作装置，其中，

所述固定单元与所述一对第一驱动线圈、所述一对第二驱动线圈、所述第三驱动线圈、所述一对第一磁轭、所述一对第二磁轭一起一体成型。

25.根据权利要求1所述的输入输出操作装置，其中，

所述可动单元的重心与所述球心一致。

26.根据权利要求7所述的输入输出操作装置，其中，

所述第一检测部包括：

固定于所述固定单元的第一磁传感器；以及

设置于所述可动单元的旋转检测用磁铁，

所述第一磁传感器检测所述旋转检测用磁铁的旋转所引起的磁力变化，来计算所述操作部绕所述X轴、Y轴的二维旋转角度。

27.根据权利要求26所述的输入输出操作装置，其中，

所述第一磁传感器以及所述旋转检测用磁铁位于所述Z轴上。

28.根据权利要求7所述的输入输出操作装置，其中，

所述第一检测部包括：

固定于所述固定单元的光传感器；以及

在所述可动单元的所述凸状球面的一部分设置的光检测图案，

所述光传感器检测所述光检测图案的旋转所引起的向所述光传感器入射的光的变化，来计算所述操作部绕所述X轴、Y轴的二维旋转角度。

29.根据权利要求28所述的输入输出操作装置，其中，

所述光传感器以及所述光检测图案位于所述Z轴上。

30.根据权利要求26所述的输入输出操作装置，其中，

所述第一驱动部包括在所述可动单元中相对于所述Z轴对称地配置的一对第一驱动磁铁，所述第二驱动部包括在所述可动单元中相对于所述Z轴对称地配置的一对第二驱动磁铁，

在所述可动单元位于中立位置时，在与所述Z轴正交的平面内，所述第一磁传感器配置在如下的直线上，该直线相对于连结所述一对第一驱动磁铁的直线以及连结所述一对第二驱动磁铁的直线分别呈45度的角度。

31.根据权利要求7所述的输入输出操作装置，其中，

所述第二检测部包括：

在所述可动单元中相对于所述Z轴对称地配置的一对旋转检测用磁铁；以及

固定于所述固定单元，且以分别与所述一对旋转检测用磁铁对置的方式固定的一对第二磁传感器，

所述一对第二磁传感器检测所述旋转检测用磁铁的旋转所引起的磁力变化，来计算所述操作部的旋转角度。

32.根据权利要求31所述的输入输出操作装置，其中，

所述一对旋转检测用磁铁由在正交于所述Z轴的平面内在与穿过所述球心的直线平行且彼此相反的方向上被分割磁化为两极的磁铁构成。

33.根据权利要求11所述的输入输出操作装置，其中，

在所述防脱构件的所述限制面与所述可动单元的外形面之间设置有空隙，所述空隙被确定为：即便所述可动单元的所述凹部与所述固定单元的所述凸状球面分离，也能够通过所述磁吸引力恢复到所述可动单元的所述凹部与所述固定单元的所述凸状球面点接触或线接触的状态。

34.根据权利要求1所述的输入输出操作装置，其中，

所述输入输出操作装置还具备：

供操作者接触的电极；以及

经由与所述电极接触的所述操作者进行通信的通信部，

所述控制运算处理部根据所述通信部接收的信息来判定所述操作者的属性。

35.根据权利要求34所述的输入输出操作装置，其中，

所述输入输出操作装置具备具有所述操作部和所述可动单元的可动操作单元，

所述控制运算处理部与判定出的所述操作者的属性对应地选择预先准备的多种指针操作图案中的至少一种，

所述控制运算处理部与选择出的所述指针操作图案对应地使与所述操作者的操作力相反的力从所述第一驱动部以及所述第二驱动部向所述可动操作单元作用。

36.根据权利要求35所述的输入输出操作装置，其中，

所述指针操作图案限制指针的操作范围，以避免所述指针落到由预先设定的边界线围成的区域之外。

37.根据权利要求35所述的输入输出操作装置，其中，

所述指针操作图案限制指针的操作范围，以避免所述指针脱离预先设定的轨道。

38.根据权利要求35所述的输入输出操作装置，其中，

所述指针操作图案限制指针的操作范围，以避免所述指针分别脱离被固定的多个区域以及将所述多个区域彼此连接的轨道。

39.根据权利要求34所述的输入输出操作装置，其中，

所述电极配置在能够与所述操作者的操作所述操作部的手指接触的位置。

40.根据权利要求34所述的输入输出操作装置，其中，

所述操作者与具有电极的通信标签的所述电极接触，

所述通信部经由所述操作者而与所述通信标签通信，由此接收所述通信标签所保持的所述信息。