JP2010092317A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円柱状の入力装置を回すという操作には、外部にセンサとセンサを固定する台座が必要であった。また形状が手になじまない剛体であった。
【解決手段】形状変化が容易な円柱状の柔軟体外装部１０１の内部に２重螺旋構造のコイル１０２を柔軟体芯部１０３に巻き付ける。この２重螺旋コイル１０２に静電容量センサ１０４を接続する。入力装置にねじり力を与えると、2重螺旋構造のコイルも形状が変化し、コイル間の静電容量が変化する。この形状変化を静電容量センサ１０４で計測し、動作判定部１０５でねじられた方向と角度を計測する。こうすれば外部に台座を必要としない直感的な入力装置を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、柔軟な材質の入力装置に関するものである。

家電機器やコンピュータへ操作者の意思や動きを伝える入力装置は、キーボードのような複雑な操作から、直感的な操作方法が求められるようになってきている。多くのボタンを押す操作であったものが、「回す・ふる・傾ける」などの直観的な動作を使用するようになった。

従来球状の入力装置としてトラックボールが知られていた。トラックボールは回転させることでコンピュータ画面上のカーソルの位置を動かす入力装置である。しかし球状のボール部を回すために、台座を必要とし、ボール部の回転を認識するために外部に設置したセンサを必要としていた。

特許文献１において、球状の入力装置が開示されている。この球状入力装置は台座も外部のセンサも必要とせず、球状の入力装置のみで入力を実現している。特許文献１の球状の入力装置について図１５Ａ，１５Ｂを用いて説明する。

図１５Ａの球状入力装置５００は球体の外形をしており、球体の内部は空洞で、センサを内蔵している。内部では基盤部５０１は水平に保たれており、基盤部５０１に連結された４つのロータリエンコーダ５０２が外形部の内側に接している。利用者が球体入力装置５００を回転すると、基盤部５０１が水平になるようバランスをとるためにロータリエンコーダ５０２を回転させる。ロータリエンコーダ５０２の軸受け部にはその回転を計測する機能が搭載されており、回転の計数値が基盤部５０１に集められる。基盤部では、無線通信部５０３によってロータリエンコーダ５０２の回転の計数値を球体入力装置５００から外部に信号として送信する。図１５Ｂに示すようにコンピュータ５１１にはこの信号を受信する無線通信部５１０が設けられ、球体入力装置５００から発信された信号を受け取り、その信号から回転の動きをコンピュータ５１１の操作入力信号として使用する。このように、トラックボールのように台座と外部のセンサを使用しないで球体の動きを入力信号としてとらえることができる。

特許文献２においては、より直観的な操作を追求するため、球状入力装置５００のように外装に剛体ではなく、柔軟な球状の部材を用いた入力装置が開示されている。特許文献２の球状入力装置６００は、図１６に示すように内部が空洞化された柔軟体６０１を使用している。柔軟体６０１の内部に複数の圧力センサ６０２を備え、中央部に加速度センサ６０３を備えている。球状入力装置６００に外圧が与えられて柔軟体６０１が変形すると、その変形圧力を圧力センサ６０２が感知する。圧力センサ６０２が感知した圧力は信号として配線６０４を通して外部に送信され、変換装置６０５において入力信号に変換され、出力端子６０６によりコンピュータに伝送される。これにより、より操作者である人間にとってより直観的な「握る」という動作を入力信号としてとらえることができるようになった。また内部の加速度センサ６０３は球体入力装置６００の動きの変化を計測し、同じく変換装置６０５を経由して出力端子６０６へ伝える。これにより球体入力装置６００においても操作者が球体を動かす行動を信号としてとらえることができる。

球状入力装置は、球体である特性を生かし、全方向に自由に動かすことができるのが最大の特徴である。しかしコンピュータの入力手段としては、全方向に自由に動くことが必ずしも合理的ではない場合がある。例えば、３Ｄ空間を動き回る場合には全方向に動くほうが良いが、コンピュータ画面内に収まらない縦に長い文章を読む場合、縦にのみ動くようにすることで簡単に操作が行える。又映像や音声を再生するときに再生時刻をコントロールするのには進めるか戻すしかなく、上下もしくは右左のような制限された動きのほうが操作しやすい。

そこでそれらの制限のある動きを入力信号とする場合、特許文献３において、球状ではなく円柱状の入力装置が開示されている。図１７に示す円柱状入力装置７００は、１軸方向への回転の動きを想定した入力装置である。この入力装置７００は、左圧力センサ７０１と右圧力センサ７０２が回転軸７０３で接合されている。回転軸７０３の両端には軸受け部７０４と７０５が存在し、回転軸７０３を支えている。利用者が左圧力センサ７０１と右圧力センサ７０２を回転させた場合、その回転が回転軸７０３を通して軸受け部７０５に伝わる。軸受け部７０５には回転検出部７０７が連結され、回転を入力信号としてＣＰＵ７０８に伝送するようになっている。また円柱状入力装置７００においては、左右の方向へ操作すると左右の圧力センサに圧力がかかるため、この圧力を押圧検出部７０６で検知している。
特開２００２−８２７６８号 特開２００５−３３９０８８号 特開２００２−９９３８１号

この円柱状入力装置７００は、形状の特徴部である円柱の外側に回転を検知するセンサとセンサを固定する台座を設ける必要があり、手に持って操作するような直観的な入力装置とは言えなかった。また外装が剛体であり、球状入力装置６００のようにより直観的な操作を行える入力装置ではないという問題があった。そこで球状入力装置５００や球状入力装置６００と同じように、円柱状入力装置にも外部操作を必要とせず、かつ直観的な操作が行えるようにすべきである。

また回転する入力装置には連続して入力信号を得るには一定方向へ動かし続けなければならず、停止させるとまた入力信号も停止してしまうため、手で動かせる限界まで移動したら、持ち替えてまた回さなければならないという課題もあった。

上記課題を解決するために、本発明の入力装置は、形状変化が容易で復元力もある柔軟体でできた円柱状入力装置内にセンサを埋め込み入力装置とし、回すという動作から、直観的な横長のものを「ねじる」という新しい操作方法を入れたものである。

この課題を解決するために、本発明の入力装置は、力を加えることにより形状が変化し、力の停止によってもとの形状への復元する柔軟な部材から成る外装部と、前記外装部の内部に設けられ、力を加えることにより形状が変化し、力の停止によってもとの形状への復元する柔軟な部材から成る芯部と、前記芯部に巻き付けられ、２重螺旋構造を持つ導電性の２重螺旋コイルと、前記外装部に対して、圧力が加えられた場合に前記２重螺旋コイルのコイル間の距離の変化を計測するセンサと、前記センサの計測結果から、前記外装部に加えられた前記圧力の方向と量の少なくとも一方を計測する動作判定部と、を具備するものである。

ここで前記動作判定部は、前記外装部に加えられたねじる方向を計測するようにしてもよい。

ここで前記動作判定部は、前記前記外装部に加えられたねじった角度を計測するようにしてもよい。

ここで前動作判定部より得られる計測結果を外部の機器に送信する無線通信部を更に有するようにしてもよい。

ここで前記外装部は、横長の立体形状であり、前記芯部は、その内部に横長に配置されたものとしてもよい。

ここで前記外装部は、円柱形状としてもよい。

ここで前記センサと前記動作判定部は、前記入力装置の先端部に配置されているようにしてもよい。

ここで前記センサと前記動作判定部は、前記芯部の内部に配置されているようにしてもよい。

ここで前記無線通信部は、前記入力装置の先端部に配置されているようにしてもよい。

ここで前記無線通信部は、前記芯部の内部に配置されているようにしてもよい。

ここで前記センサは、前記２重螺旋コイルのコイル間の静電容量変化を検出する静電容量センサとしてもよい。

ここで前記動作判定部は、前記２重螺旋コイルのコイル間の静電容量が増えた場合には、前記２重螺旋コイルの螺旋向きと同じ方向に捻られたことを判定するようにしてもよい。

ここで前記動作判定部は、前記２重螺旋コイルのコイル間の静電容量が減少した場合には、２重螺旋コイルの螺旋向きと逆向き方向に捻られたことを判定するようにしてもよい。

ここで前記動作判定部は、前記２重螺旋コイルのコイル間の静電容量の大小から、前記外装部に対し加えられた圧力の量を判断するようにしてもよい。

ここで前記動作判定部は、前記外装部に対する圧力を加える前後、及び圧力を加えたときに前記センサより得られる計測値に基づいて前期外装部に対する圧力が開放されたと判断するようにしてもよい。

ここで前記２重螺旋コイルは複数設けられたものであり、前記センサは夫々の２重螺旋コイルに接続された複数のセンサであり、前記動作判定部は、前記各センサからの出力に基づいて、前記外装部に対する圧力のかかった位置を計測するようにしてもよい。

本発明によれば、柔軟体という手になじむ外観で、直観的な操作を維持しつつ、外部センサとセンサを固定する台座を不要とし、手にもって操作が行え、かつ連続入力時に持ち替えが不要な一軸の入力装置が実現できる。これはねじる場合は両手を使って回転させるため、どちらかの手を支点としていると置き換えることができるため、内部のセンサであっても形状変化をとらえやすい。またねじった状態を維持することができるため、球状入力装置を転がし続けている状態と等価の意味を持たせられる。球状入力装置は転がし続けていると手の範囲を超えてしまい、持ち返る必要があるが、ねじった場合には持ち返る必要はない。

（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１について、図面を参照して説明する。まず、実施の形態１の入力装置を図１に示す。図１は、円柱形状をした円柱状入力装置１００である。円柱状入力装置１００は柔軟体外装部１０１、２重螺旋コイル１０２、柔軟体芯部１０３、静電容量センサ１０４、動作判定部１０５、無線通信部１０６を有している。

柔軟体外装部１０１は利用者の手によって圧力が加えると形状が変化する柔軟な部材である。圧力による形状変化は内部に含まれる２重螺旋コイル１０２にも形状変化を及ぼす。柔軟体芯部１０３は二重螺旋コイル１０２の芯となっており、圧力による形状変化を受けつつも、２重螺旋コイル１０２の２重螺旋構造を維持する役割を果たす。２重螺旋コイル１０２の形状変化は、静電容量センサ１０４において電気信号の変化として捉えられる。動作判定部１０５は静電容量センサ１０４にて捕らえられた電気信号によりどのような圧力が加えられたのかを判断するものである。判断結果は操作者の操作結果として無線通信部１０６から円柱状入力装置１００の外部に送信され、パーソナルコンピュータや家電機器などの外部機器に伝えられる。

２重螺旋コイル１０２の形状変化について説明する。まず基礎となる１重の螺旋コイル２０１の形状変化について説明する。図２Ａの螺旋コイル２０１とは線状の金属がバネのように輪を連続して構成するように曲げられたものである。また円形部の間は密度がなく空間が空いているものとする。図２Ａでは時計回りに４つ輪を作るように曲げられているが、４つ以外であってもよい。

この螺旋コイル２０１にねじる方向に力を加える。加えるねじり方向には、時計回りと反時計回りの２種類がある。図２Ｂには螺旋コイル２０１を時計回りに３６０度ねじった場合の形状変化を示している。このときの螺旋コイルを２０１Ｂとする。螺旋コイル２０１は時計回りに回っており、それと同じ方向にねじったため、螺旋によって作られる輪が１つ増えて５つになっている。しかし金属であるコイルは形状変化こそおこすものの、それ自体の長さは変化しないため、螺旋状コイルの幅と長さを固定すると、輪が増えた分だけ輪と輪の間隔（ピッチ）が狭まることになる。図２Ｂでは３６０度ねじったために輪が１つ増えているが、ねじった角度によって輪の数は異なってくる。即ち３６０度につき１つずつ輪が増え、ねじり量が多ければ多いほど螺旋コイルの輪と輪の間隔が狭まる。

図２Ｃは螺旋コイル２０１を反時計回りに３６０度ねじった場合の形状変化を示している。この時の螺旋コイルを２０１Ｃとする。螺旋コイル２０１は時計回りに回っており、その方向と逆方向にねじったため、螺旋によって作られる輪が１つ減って３つになっている。しかし金属であるコイルは形状変化こそおこすものの、それ自体の長さは変化しないため、螺旋状コイルの幅と長さを固定すると、輪が減った分だけ輪と輪の間隔が広がることになる。図２Ｃでは３６０度ねじったために輪が１つ減っているが、ねじった角度によって輪のできる数は異なってくる。即ち３６０度につき１つずつ輪が減り、ねじり量が多ければ多いほど螺旋コイルの輪と輪の間隔が広がる。

なお、実施の形態１では、時計回りに巻かれた螺旋コイルを例に示しているために、時計回りに回すと輪が増え輪と輪の間隔が狭まり、反時計回りに回すと輪が減り輪と輪の間隔が広がる。これに代えて、反時計回りに巻かれた螺旋コイルを使用した場合には、時計回りに回すと輪が減り輪と輪の間隔が広がり、反時計回りに回すと輪が増え輪と輪の間隔が狭まることになる。

図２Ｂの螺旋コイル２０１Ｂのねじりの力を解いた場合、螺旋コイル２０１Ｂを構成する金属の張力のために、元の形に戻ろうとする。その結果輪の数が１つ減り、輪と輪の間隔が広がるため、図２Ａの螺旋コイル２０１の形状に戻る。

図２Ｃの螺旋コイル２０１Ｃのねじりの力を解いた場合、螺旋コイル２０１Ｃを構成する金属の張力のために、元の形に戻ろうとする。その結果輪の数が１つ増え、輪と輪の間隔が狭まるため、図２Ａの螺旋コイル２０１の形状に戻る。

次に２重螺旋コイルの形状変化について説明する。図３Ａの２重螺旋コイル３０１は、図２Ａと同様の螺旋コイルを２つ交互に巻いたものである。また円形部の間は空間が空いているものとする。よって２つの螺旋コイルが直接接することはない。図３Ａでは時計回りに夫々のコイルごとに４つの輪、計８つの輪を作るように曲げられている。しかしこの数に限定されるものではない。

この２重螺旋コイル３０１に時計回り又は反時計回りの力を加えてねじる場合について検討する。図３Ｂには２重螺旋コイル３０１を時計回りに３６０度ねじった場合の形状変化を示している。この時の２重螺旋コイルを３０１Ｂとする。２重螺旋コイル３０１は時計回りに回っており、それと同じ方向にねじったため、２重螺旋によって作られる輪がいずれのコイルも１つ増えて５つになり、計１０の輪になっている。しかし金属であるコイルは形状変化こそおこすものの、それ自体の長さは変化しないため、２重螺旋状コイルの幅と長さを固定すると、輪が増えた分だけ輪と輪の間隔が狭まることになる。本図では３６０度ねじったために輪がコイルごとに１つずつ増えているが、ねじった角度によって輪のできる数は異なってくる。即ち３６０度につきコイルごとに１つずつ輪が増え、ねじり量が多ければ多いほど２重螺旋コイルの輪と輪の間隔が狭まる。

図３Ｃに２重螺旋コイル３０１を反時計回りに３６０度ねじった場合の形状変化を示している。このときの２重螺旋コイルを３０１Ｃとする。２重螺旋コイル３０１は時計回りに回っており、それと逆方向にねじったため、２重螺旋によって作られる輪が１つずつ減って３つになり、計６つになっている。しかし金属であるコイルは形状変化こそおこすものの、それ自体の長さは変化しないため、２重螺旋状コイルの幅と長さを固定すると、輪が減った分だけ輪と輪の間隔が広がることになる。本図では３６０度ねじったために輪がコイルごとに１つずつ減っているが、ねじった角度によって輪のできる数は異なってくる。即ち３６０度につきコイルごとに１つずつ輪が減り、ねじり量が多ければ多いほど２重螺旋コイルの輪と輪の間隔が広がる。

なお、実施の形態１では、時計回りに巻かれた２重螺旋コイルを例に示しているために、時計回りに回すと輪が増え輪と輪の間隔が狭まり、反時計回りに回すと輪が減り輪と輪の間隔が広がる。これに代えて、反時計回りに巻かれた２重螺旋コイルを使用した場合には、時計回りに回すと輪が減り輪と輪の間隔が広がり、反時計回りに回すと輪が増え輪と輪の間隔が狭まることになる。

図３Ｂの２重螺旋コイル３０１Ｂのねじりの力を解いた場合、２重螺旋コイル３０１Ｂを構成する金属の張力のために、元の形に戻ろうとする。その結果輪の数がコイルごとに１つ減り、輪と輪の間隔が広がるため、図３Ａの２重螺旋コイル３０１の形状に戻る。

図３Ｃの２重螺旋コイル３０１Ｃのねじりの力を解いた場合、２重螺旋コイル３０１Ｃを構成する金属の張力のために、元の形に戻ろうとする。その結果輪の数がコイルごとに１つ増え、輪と輪の間隔が狭まるため、図３Ａの２重螺旋コイル３０１の形状に戻る。

図２Ａに示す螺旋コイル２０１と図３Ａに示す２重螺旋コイル３０１とでは、コイル全体の長さが一定であった場合、２重螺旋コイル３０１のほうが二線を使用しているため輪と輪の密度が常に倍になっているだけで、ねじる力に対する形状変化は同じである。

図１の円柱状入力装置１００は、図３の２重螺旋コイル３０１のコイル間の静電容量はコイルの形状変化によって変化する。従って静電容量センサ１０４により静電容量を計測することでねじりの方向と量を計測することができる。図３で説明した２重螺旋コイル３０１に相当するコイルが２重螺旋コイル１０２である。２重螺旋コイル１０２は２つのコイルが直接触れないように交互に巻かれているものであるが、１つのコイルの中間に他方のコイルが配置されているのではなく、図１に間隔ｄ１，ｄ２（ｄ１≠ｄ２）で示すように差が設けられている。これにより距離が近い輪と輪の組が作られ、組と組の距離間は遠い関係にすることで、他の輪の組からの電荷の影響を少なくすることができる。柔軟体芯部１０３は二重螺旋コイル１０２の芯となってこの形状を維持している。柔軟体芯部１０３と柔軟体外装部１０１は接合されており、ちょうど２重螺旋コイルが埋め込まれる形となっている。これにより外圧によって柔軟体外装部１０１をねじった場合、柔軟体芯部１０３も同時にねじられるともに、埋め込まれている二重螺旋コイル１０２にもねじりの力が伝わる。

図４は円柱状入力装置１００に対して図３Ｂのように時計回りにねじる力を加えた状態を示す。円柱状入力装置１００を時計回りにまわすと、その回転により柔軟体外装１０１がねじれ、それにあわせて柔軟体芯部１０３も時計回りにねじれる。これにつられる形で２重螺旋コイル１０２も時計回りにねじられ形状変化を起す。このときの２重螺旋コイル１０２の形状変化は図３Ｂの形状変化と同じく、ねじり力によって輪が増え、輪と輪の間の間隔が狭まる。このとき、２重螺旋コイル１０２のコイルの間隔が狭まるため、静電容量センサ１０４により２つのコイルで形成される静電容量が増えることが計測される。この情報はただちに、動作判定部１０５に伝送される。動作判定部１０５ではねじられる前の静電容量センサ１０４の静電容量とねじられたあとの静電容量を比較することで、静電容量が増える方向、つまり時計回りに回させたことがわかる。またねじりの量にあわせて、静電容量が増大するため、静電容量の増加量を計測することでねじりの量もわかる。動作判定部１０５はねじりの方向(この場合時計回り)とねじりの量の少なくとも一方を無線通信部１０６へ伝える。無線通信部１０６では、受け取ったねじりの方向(この場合時計回り)、及びねじりの量の少なくとも一方を、無線信号として円柱状入力装置１００から外部にある、入力を必要としている機器に伝送する。

この状態から、ねじる力を加えることをやめた場合、柔軟体外装部１０１は元の形状に戻ろうとするため、ねじりを加えた方向とは逆の方向に力が加わる。この場合時計回りにねじっていたので、逆の方向とは反時計回りであり、柔軟体芯部１０３も反時計回りに戻ろうとする。これにより２重螺旋コイル１０２も元に戻ろうと反時計回りに回る。また２重螺旋コイル１０２が金属であるため自身の戻ろうとする力も加わることとなる。これで図１の形状にもどることとなる。図１の形状では、２重螺旋コイル１０２の輪と輪の間隔は、時計回りにねじった場合に比べて広がるため、コイル間で形成される静電容量が減少しこれが静電容量センサ１０４によって計測される。この情報はただちに、動作判定部１０５に伝送される。動作判定部１０５ではねじられた状態の静電容量センサ１０４で検出した静電容量と元に戻った後の静電容量とを比較するか、もしくは、ねじられる前の状態の静電容量と元に戻った後の静電容量とを比較することで、元の形状に戻ったことがわかる。動作判定部１０５は元の形状に戻ったこと、この場合、時計回りのねじりの力が解放されたことを、無線通信部１０６へ伝える。無線通信部１０６では、元の形状に戻ったこと、この場合、時計回りのねじりの力が解放されたことを、無線信号として円柱状入力装置１００から外部にある、入力を必要としている機器に伝送する。

図５は円柱状入力装置１００に対して図３Ｃのように反時計回りにねじる力を加えた状態を示す。円柱状入力装置１００を反時計回りにねじると、その回転により柔軟体外装１０１がねじれ、それにあわせて柔軟体芯部１０３も反時計回りにねじれる。これにつられる形で２重螺旋コイル１０２も反時計回りにねじられ形状変化を起す。このときの２重螺旋コイル１０２の形状変化は図３Ｃの形状変化と同じく、ねじり力によって輪が減り、輪と輪の間の間隔が広がる。このとき、２重螺旋コイル１０２の輪と輪の間隔が広がるため、コイル間の静電容量が減ることが静電容量センサ１０４により計測される。この情報はただちに、動作判定部１０５に伝送される。動作判定部１０５ではねじられる前の静電容量とねじられたあとの静電容量を比較することで、静電容量が減る方向、つまり、反時計回りに回させたことがわかる。またねじりの量にあわせて、静電容量が減少するため、静電容量の増加量を計測することでねじりの量もわかる。動作判定部１０５はねじりの方向(この場合反時計回り)とねじり量の少なくとも一方を、無線通信部１０６へ伝える。無線通信部１０６では、受け取ったねじりの方向(この場合反時計回り)とねじり量の少なくとも一方を、無線信号として円柱状入力装置１００から外部にある、入力を必要としている機器に伝送する。

この状態から、ねじる力を加えることをやめた場合、柔軟体外装部１０１は元の形状に戻ろうとするため、ねじりを加えた方向とは逆の方向に力が加わる。この場合、反時計回りにねじっていたので逆の方向とは時計回りである。それにあわせる形で柔軟体芯部１０３も時計回りに戻ろうとする。これにより２重螺旋コイル１０２も元に戻ろうと時計回りに回る。また２重螺旋コイル１０２が金属であるため自身の戻ろうとする力も加わることとなる。これで図１の形状にもどることとなる。図１の形状では、２重螺旋コイル１０２の輪と輪の間隔は、反時計回りにねじった場合に比べて、狭まるため、コイル間の静電容量が増えることが計測される。この情報はただちに、動作判定部１０５に伝送される。動作判定部１０５ではねじられた状態の静電容量と元に戻った後の静電容量を比較、もしくは、ねじられる前の状態と静電容量と元に戻った後の静電容量を比較することで、元の形状に戻ったことがわかる。動作判定部１０５は元の形状に戻ったこと(この場合、反時計回りのねじりの力が解放されたこと)を、無線通信部１０６へ伝える。無線通信部１０６では、元の形状に戻ったこと(この場合、反時計回りのねじりの力が解放されたこと)を、無線信号として円柱状入力装置１００から外部にある、入力を必要としている機器に伝送する。

なお本実施の形態では、すべて時計回りの螺旋構造をもつ２重螺旋コイルを使用している。これに代えて、反時計回りの２重螺旋コイルで構成しても良い。しかし２重螺旋コイルの輪と輪の間隔は螺旋と同じ方向に回転させると縮まり、螺旋と逆方向に回転させると広がる特性があるため、反時計回りの２重螺旋コイルを使用した場合には、本実施の形態と同じ回転方向でも逆方向の静電容量変化が計測されることに注意する必要がある。

なお図１の円柱状入力装置１００の静電容量センサ１０４、動作判定部１０５、無線通信部１０６は、柔軟体外装部１０１内に、２重螺旋コイルと並列する形で記載されている。しかし、これらは２重螺旋コイルと異なり形状が変化しないため、円柱状入力装置１００に対してねじる方向への外圧をかけた場合に、静電容量センサ１０４、動作判定部１０５、無線通信部１０６にも大きな圧力がかかってしまい、これらの機器が破損してしまう可能性がある。そこで、静電容量センサ１０４、動作判定部１０５、無線通信部１０６は、円柱状入力装置１００の両端部の一方又は両方に設けてもよい。又はこれに代えて、柔軟体芯部１０３の内部に埋め込むことにより、外圧からの影響を小さくすることができる。

なお、本実施の形態では、円柱状入力装置１００から外部の機器へ操作信号を伝送するために無線通信部１０６を有している。これにより外部の機器への接続が無線化されるため、外部の機器との位置関係にとらわれずに操作を行うことができる。これは直感的な入力装置としてすぐれた形状ではあるが、無線通信部１０６のかわりに有線通信部を用いて外部の機器と接続してもかまわない。

なお、本実施の形態では、より握りやすい形状として円柱状入力装置１００は円柱形状としている。しかし円柱形状のみに限定されず、立方体であっても、六角柱でも、八角柱でもよい。ねじるという動作の特性上ねじる方向に横長の立体形状であることが好ましい。

（実施の形態２）
実施の形態１による円柱状入力装置１００は、２重螺旋コイルとそのねじれ量を計測する静電容量センサが１つずつ入った構造であった。実施の形態２では２つの２重螺旋コイルと静電容量センサを一つの円柱状入力装置２００に入れた場合であって、図６を使用して説明する。

図６の円柱状入力装置２００は、柔軟体外装部２０１、２重螺旋コイル２０２ａ，２０２ｂ、柔軟体芯部２０３、静電容量センサ２０４ａ，２０４ｂ、動作判定部２０５、無線通信部２０６を有している。２重螺旋コイル２０２ａは静電容量センサ２０４ａに、２重螺旋コイル２０２ｂは静電容量センサ２０４ｂに接続されている。また静電容量センサ２０４ａと静電容量センサ２０４ｂは、動作判定部２０５につながっている。それ以外の構成は図１の円柱状入力装置1００と同一である。

２重螺旋コイル２０２ａ，２０２ｂの外圧のねじりによる形状変化は円柱状入力装置１００と同じである。しかし、別々にコイルが存在するために、どちらのコイルに力が加わったかを計測することで、円柱状入力装置２００の何処をねじったかを判断できる。動作判定部２０５はセンサからの入力によってねじり力の加わった場所を判断する。

図７のように、円柱状入力装置２００の右側を時計回りにねじった場合、右側にある２重螺旋コイル２０２ｂのみが外圧で変形し輪と輪の間隔が狭まる。従って静電容量センサ２０４ａで得られる静電容量が固定で、静電容量センサ２０４ｂで得られる静電容量が増える。これを動作判定部２０５で計測し比較することで円柱状入力装置２００の右方を利用者が持ち時計回りのねじり力を加えたことがわかる。

図８のように、円柱状入力装置２００の右側を反時計回りにねじった場合、右側にある２重螺旋コイル２０２ｂのみが外圧で変形し輪と輪の間隔が広がる。従って静電容量センサ２０４ａで得られる静電容量が固定で、静電容量センサ２０４ｂで得られる静電容量が減る。これを動作判定部２０５で計測し比較することで円柱状入力装置２００の図の右方を利用者が持ち反時計回りのねじり力を加えたことがわかる。

図９のように、円柱状入力装置２００の左側を時計回りにねじった場合、左側にある２重螺旋コイル２０２ａのみが外圧で変形し輪と輪の間隔が狭まる。従って静電容量センサ２０４ｂで得られる静電容量が固定で、静電容量センサ２０４ａで得られる静電容量が増える。これを動作判定部２０５で計測し比較することで、円柱状入力装置２００の図の左側を利用者が時計回りのねじり力を加えたことがわかる。

図１０のように、円柱状入力装置２００の左側を反時計回りにねじった場合、左側にある２重螺旋コイル２０２ａのみが外圧で変形し輪と輪の間隔が広がる。従って静電容量センサ２０４ｂで得られる静電容量が固定で、静電容量センサ２０４ａで得られる静電容量が減る。これを動作判定部２０５で計測し比較することで、円柱状入力装置２００の図の左側を利用者が持ち反時計回りのねじり力を加えたことがわかる。

図１１のように、円柱状入力装置２００の両端から時計回りにねじった場合、２重螺旋コイル２０２ａと２重螺旋コイル２０２ｂが外圧で変形し輪と輪の間隔が狭まることで、静電容量センサ２０４ａと静電容量センサ２０４ｂで得られる静電容量が共に増える。これを動作判定部２０５で計測し比較することで、円柱状入力装置２００の図の両端を持ち利用者が持ち時計回りにねじろうと力を加えたことがわかる。

図１２のように、円柱状入力装置２００の両端から反時計回りにねじった場合、２重螺旋コイル２０２ａと２重螺旋コイル２０２ｂが外圧で変形し輪と輪の間隔が広がることで、静電容量センサ２０４ａと静電容量センサ２０４ｂで得られる静電容量が共に減る。これを動作判定部２０５で計測し比較することで、円柱状入力装置２００の図の両端を持ち利用者が持ち反時計回りにねじろうと力を加えたことがわかる。

図１３のように、円柱状入力装置２００の両端を固定し中央部を図の手前側にねじった場合、もしくは、中央部を固定し両端を図の奥側にねじった場合、重螺旋コイル２０２ａが外圧で変形し輪と輪の間隔が広がることで、静電容量センサ２０４ａで得られる静電容量が減る。また同時に、２重螺旋コイル２０２ｂも外圧で変形し輪と輪の間隔が狭まることで、静電容量センサ２０４ｂで得られる静電容量が増える。これを動作判定部２０５で計測し比較することで円柱状入力装置２００の両端を固定し中央部を手前側にねじった、もしくは、央部を固定し両端を奥側にねじったことがわかる。ただしどちらを固定して、どちらを回したかまでは判定できない。

図１４のように、円柱状入力装置２００の両端を固定し中央部を図の奥側にねじった場合、もしくは、中央部を固定し両端を図の手前側にねじった場合、重螺旋コイル２０２ａが外圧で変形し輪と輪の間隔が狭まることで、静電容量センサ２０４ａで得られる静電容量が増える。また同時に、重螺旋コイル２０２ｂも外圧で変形し輪と輪の間隔が広がることで、静電容量センサ２０４ｂで得られる静電容量が減る。これを動作判定部２０５で計測し比較することで円柱状入力装置２００の両端を固定し中央部を奥側にねじった、もしくは、央部を固定し両端を手前側にねじったことがわかる。ただしどちらを固定して、どちらを回したかまでは判定できない。

また本実施の形態の円柱状入力装置２００において、静電容量センサ２０４ａ、静電容量センサ２０４ｂ、動作判定部２０５、無線通信部２０６は、柔軟体外装部２０１内に、２重螺旋コイルと並列する形で記載されている。しかし、これでは円柱状入力装置２００に対してねじる方向への外圧をかけた場合に、２重螺旋コイルと異なり、形状変化ができない静電容量センサ２０４ａ，２０４ｂ、動作判定部２０５、無線通信部２０６にも大きな圧力がかかってしまい、これらの機器が破損する可能性がある。そこで、静電容量センサ２０４ａ、静電容量センサ２０４ｂ、動作判定部２０５、無線通信部２０６は、円柱状入力装置２０００の両端部のいずれかもしくは双方に設けるとよい。もしくは、柔軟体芯部２０３の内部に埋め込むことで、外圧からの影響を小さくすることができる。

また図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４において、円柱状入力装置２００へねじる力をかけるのをやめた場合、図６に示す元の形状に戻ろうとし、全て逆向きの力が静電容量センサ２０４ａと静電容量センサ２０４ｂにかかる。静電容量センサ２０４ａと静電容量センサ２０４ｂにも逆向きの静電容量の変化が発生する。動作判定部２０５は図６の状態の電荷と比較することで元の形状に戻ったことを判定できる。この場合に元の状態の静電容量、変化後の各段階の静電容量を保持しておく必要がある。

なお実施の形態２においても、すべて時計回りの螺旋構造をもつ２重螺旋コイルを使用している。これに代えて、反時計回りの２重螺旋コイルで構成しても良い。また時計回りの２重螺旋コイルと反時計回りの２重螺旋コイルを併用してもかまわない。しかし２重螺旋コイルの輪と輪の間隔は螺旋と同じ方向に回転させると縮まり、螺旋と逆方向に回転させると広がる特性があるため、反時計回りの２重螺旋コイルを使用した場合には、本実施の形態と同じ回転方向でも逆方向の静電容量変化が計測されることに注意する必要がある。

なお実施の形態２では、２重螺旋コイルと静電容量センサを２組使用することで、円柱状入力装置２００に対するねじれを起こした位置を計測している。しかし、さらに多数組の２重螺旋コイルと静電容量センサを使用することにより、細かく位置を測定することができる。その場合は、動作判定部２０５では各組の電荷をさらに細かく比較する必要がある。

本発明にかかる入力装置は、外部に計測用センサとセンサを固定する台座を設けなくても良いように、１軸方向への回転を「ねじる」という直感的な操作で代用している。このねじるという動作をセンサで計測して入力できるようにすることで、コンピュータや家電機器の入力装置に適用することができる。

本発明の実施の形態１の円柱状入力装置１００の構成を示す図である。 １重の螺旋コイルの形状変化の図である。 １重の螺旋コイルの形状変化の図である。 １重の螺旋コイルの形状変化の図である。 実施の形態１の２重螺旋コイルの形状変化の図である。 実施の形態１の２重螺旋コイルの形状変化の図である。 実施の形態１の２重螺旋コイルの形状変化の図である。 実施の形態１で円柱状入力装置１００を時計回りにねじった場合の図である。 実施の形態１で円柱状入力装置１００を反時計回りにねじった場合の図である。 実施の形態２の円柱状入力装置２００の構成を示す図である。 実施の形態２の円柱状入力装置２００の右側を時計回りにねじった場合の図である。 実施の形態２の円柱状入力装置２００の右側を反時計回りにねじった場合の図である。 実施の形態２の円柱状入力装置２００の左側を時計回りにねじった場合の図である。 実施の形態２の円柱状入力装置２００の左側を反時計回りにねじった場合の図である。 実施の形態２の円柱状入力装置２００の全体を時計回りにねじった場合の図である。 実施の形態２の円柱状入力装置２００の全体を反時計回りにねじった場合の図である。 実施の形態２の円柱状入力装置２００の中央部を固定し、両端を奥側にねじった場合の図である。もしくは、円柱状入力装置２００の中央部を手前側にねじり、両端を固定した場合の図である。 その他の形態の円柱状入力装置２００の中央部を固定し、両端を手前側にねじった場合の図である。もしくは、円柱状入力装置２００の中央部を奥側にねじり、両端を固定した場合の図である。 特許文献１記載の球状入力装置５００の構成図である。 特許文献１記載の球状入力装置５００に接続されるコンピュータを示す構成図である。 特許文献２記載の球状入力装置６００の構成図である。 特許文献３記載の円柱状入力装置７００の構成図である。

符号の説明

１００，２００ 円柱状入力装置
１０１，２０１ 柔軟体外装部
１０２，２０２ａ，２０２ｂ，３０１，３０１Ｂ，３０１Ｃ ２重螺旋コイル
１０３，２０３ 柔軟体芯部
１０４，２０４ａ，２０４ｂ 静電容量センサ
１０５，２０５ 動作判定部
１０６，２０６，５０３，５１１ 無線通信部
２０１，２０１Ｂ，２０１Ｃ 螺旋コイル
５００，６００ 球状入力装置
５０１ 基盤部
５０２ ロータリエンコーダ
５１１ コンピュータ
６０１ 柔軟体
６０２ 圧力センサ
６０３ 加速度センサ
６０４ 配線
６０５ 変換装置
６０６ 出力端子
７００ 円柱状入力装置
７０１ 左圧力センサ
７０２ 右圧力センサ
７０３ 回転軸
７０４，７０５ 軸受け部
７０６ 押圧検出部
７０７ 回転検出部
７０８ ＣＰＵ

Claims (16)

1. 力を加えることにより形状が変化し、力の停止によってもとの形状への復元する柔軟な部材から成る外装部と、
   前記外装部の内部に設けられ、力を加えることにより形状が変化し、力の停止によってもとの形状への復元する柔軟な部材から成る芯部と、
   前記芯部に巻き付けられ、２重螺旋構造を持つ導電性の２重螺旋コイルと、
   前記外装部に対して、圧力が加えられた場合に前記２重螺旋コイルのコイル間の距離の変化を計測するセンサと、
   前記センサの計測結果から、前記外装部に加えられた前記圧力の方向と量の少なくとも一方を計測する動作判定部と、を具備する入力装置。
2. 前記動作判定部は、前記外装部に加えられたねじる方向を計測する請求項１記載の入力装置。
3. 前記動作判定部は、前記前記外装部に加えられたねじった角度を計測する請求項１記載の入力装置。
4. 前動作判定部より得られる計測結果を外部の機器に送信する無線通信部を更に有する請求項１記載の入力装置。
5. 前記外装部は、横長の立体形状であり、
   前記芯部は、その内部に横長に配置されたものである請求項１記載の入力装置。
6. 前記外装部は、円柱形状である請求項１記載の入力装置。
7. 前記センサと前記動作判定部は、前記入力装置の先端部に配置されている請求項５記載の入力装置。
8. 前記センサと前記動作判定部は、前記芯部の内部に配置されている請求項５記載の入力装置。
9. 前記無線通信部は、前記入力装置の先端部に配置されている請求項４記載の入力装置。
10. 前記無線通信部は、前記芯部の内部に配置されている請求項４記載の入力装置。
11. 前記センサは、前記２重螺旋コイルのコイル間の静電容量変化を検出する静電容量センサである請求項１の入力装置。
12. 前記動作判定部は、前記２重螺旋コイルのコイル間の静電容量が増えた場合には、前記２重螺旋コイルの螺旋向きと同じ方向に捻られたことを判定する請求項１１の入力装置。
13. 前記動作判定部は、前記２重螺旋コイルのコイル間の静電容量が減少した場合には、２重螺旋コイルの螺旋向きと逆向き方向に捻られたことを判定する請求項１１の入力装置。
14. 前記動作判定部は、前記２重螺旋コイルのコイル間の静電容量の大小から、前記外装部に対し加えられた圧力の量を判断することを特徴とする請求項１１の入力装置。
15. 前記動作判定部は、前記外装部に対する圧力を加える前後、及び圧力を加えたときに前記センサより得られる計測値に基づいて前期外装部に対する圧力が開放されたと判断する請求項１１記載の入力装置。
16. 前記２重螺旋コイルは複数設けられたものであり、
    前記センサは夫々の２重螺旋コイルに接続された複数のセンサであり、
    前記動作判定部は、前記各センサからの出力に基づいて、前記外装部に対する圧力のかかった位置を計測する請求項１記載の入力装置。

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