JP2011210078A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主に各種電子機器の操作に使用される入力装置に関し、容易で多様な操作の可能なものを提供することを目的とする。
【解決手段】制御手段１２が磁気検出素子６からのパルス信号の時間差、またはパルス数に応じて、出力する駆動信号を変化させることによって、例えば指の移動が素早く行われ、回転操作された複数の磁石３Ａ〜３Ｄの、磁気検出素子６からのパルス信号の時間差が小さく所定値以下である場合や、両方の磁石が回転しパルス信号の数が多い間等は、制御手段１２が出力する駆動信号を変化させ、例えばカーソルを速く移動させる駆動信号を出力することで、指の移動する速さに応じた様々なカーソル移動が行えるため、カーソル等の操作が容易で、多様な操作が可能な入力装置を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に各種電子機器の操作に用いられる入力装置に関するものである。

近年、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の各種電子機器の高機能化や小型化が進むに伴い、これらの操作に用いられる入力装置にも、容易で多様な操作を行えるものが求められている。

このような従来の入力装置について、図７〜図１０を用いて説明する。

図８は従来の入力装置の断面図、図９は同斜視図であり、同図において、１は絶縁樹脂製の上ケース、２は同じく下ケース、３Ａ〜３Ｄは略楕円球状の磁石で、磁石３Ａ〜３Ｄには磁性の異なるＮ極とＳ極が、回転方向に所定の角度間隔で隣接して形成されている。

そして、この磁石３Ａ〜３Ｄが例えば、磁石３Ａとこれに対向した磁石３Ｂが左右方向に、磁石３Ｃと３Ｄが磁石３Ａや３Ｂとは直交方向の前後方向に、各々回転可能に下ケース２に装着されると共に、各々の上部が上ケース１上面から突出している。

また、５は上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成された配線基板で、磁石３Ａ〜３Ｄ下方の配線基板５上面には、垂直方向の磁気を検出するホール素子等の四つの磁気検出素子６が、磁石３Ａ〜３Ｄに対向配置するように実装装着されている。

さらに、７はマイコン等の制御手段で、複数の磁気検出素子６に接続されると共に、この磁気検出素子６や制御手段７が実装された配線基板５上面を、フィルム状のカバーシート８が覆って、入力装置が構成されている。

そして、このように構成された入力装置が、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器の操作部（図示せず）に、磁石３Ａ〜３Ｄ上部を突出させて装着されると共に、制御手段７が配線パターンやリード線（図示せず）等を介して、機器の電子回路（図示せず）に電気的に接続される。

以上の構成において、例えば機器の液晶表示素子等の表示手段（図示せず）に、氏名や曲名等の複数のメニューやカーソル（図示せず）等が表示された状態で、図７（ａ）の平面図に示すように、例えば指を右方向へ動かすと、これと直交方向の前後方向に回転可能な磁石３Ｃや３Ｄは回転しないが、左右方向に回転可能な磁石３Ａが先ず回転し、次に磁石３Ｂが回転する。

そして、例えば磁石３Ａ下方の磁気検出素子６が、Ｎ極とＳ極が所定の角度間隔で隣接形成され、回転によってＮ極とＳ極が交互に変化する磁石３Ａの磁気を検出し、図１０（ａ）の波形図に示すような、パルス信号Ｌ１を出力する。

また、磁石３Ｂ下方の磁気検出素子６からも、図１０（ｂ）に示すような、パルス信号Ｌ２が出力されるが、先ず磁石３Ａが回転し、次に磁石３Ｂが回転操作されるため、パルス信号Ｌ１とＬ２は所定時間、例えば時間ｔだけずれた位相差のあるものとなって、これらが制御手段７に出力される。

そして、制御手段７がこれらのパルス信号Ｌ１とＬ２から指の移動方向と、磁石３Ａと３Ｂの回転角度を検出して、図１０（ｃ）に示すような、駆動信号Ｍ１を機器の電子回路に出力し、機器の表示手段に表示されたメニュー上のカーソル等が、例えば右方向へ磁石３Ａと３Ｂの回転角度分だけ移動する。

なお、指を左方向へ動かした場合には、上記とは逆に先ず磁石３Ｂが回転し、次に磁石３Ａが回転操作され、図７（ｂ）に示すように、指を前後方向へ移動した場合には、磁石３Ａや３Ｂは回転せず、前後方向に回転可能な磁石３Ｃと３Ｄが回転し、これらの下方の磁気検出素子６から、上記と同様に位相差のあるパルス信号が制御手段７に出力され、これによって表示手段のカーソルが、例えば左方向や上下方向へ移動する。

つまり、機器の表示手段を見ながら、指で磁石３Ａ〜３Ｄを左右方向や前後方向へ回転操作することによって、表示手段に表示されたカーソル等を所定方向へ移動させて、メニューの選択等を容易に行えるように構成されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００９−１０４３７１号公報

しかしながら、上記従来の入力装置においては、指を左右方向や前後方向へ移動して磁石３Ａ〜３Ｄを回転操作した、磁石３Ａ〜３Ｄの回転角度分だけの駆動信号Ｍ１が制御手段７から出力され、これによってカーソル等の移動が行われるため、メニューが多くカーソルを所定方向へ大きく移動したい場合には、指を何度も所定方向へ動かして磁石３Ａ〜３Ｄを回転する必要があり、操作が煩雑で手間がかかってしまうという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、容易で多様な操作の可能な入力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、制御手段が磁気検出素子からのパルス信号の時間差、またはパルス数に応じて、出力する駆動信号を変化させるようにして入力装置を構成したものであり、例えば指の移動が素早く行われ、これによって回転操作された複数の磁石の、磁気検出素子からのパルス信号の時間差が小さく所定値以下である場合や、両方の磁石が回転しパルス信号の数が多い間等は、制御手段が出力する駆動信号を変化させ、例えばカーソルを速く移動させる駆動信号を出力することで、指の移動する速さに応じた様々なカーソル移動が行えるため、カーソル等の操作が容易で、多様な操作が可能な入力装置を得ることができるという作用を有するものである。

以上のように本発明によれば、容易で多様な操作の可能な入力装置を実現することができるという有利な効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態による入力装置の断面図 同分解斜視図 同部分側面図 同波形図 本発明の第２の実施の形態による波形図 同他の実施の形態による平面図 入力装置の平面図 従来の入力装置の断面図 同斜視図 同波形図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を用いて説明する。

なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。

（実施の形態１）
実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１記載の発明について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態による入力装置の断面図、図２は同分解斜視図であり、同図において、１はＡＢＳ等の絶縁樹脂製の上ケース、２はポリアセタール等の絶縁樹脂製の下ケースで、下ケース２には複数の、例えば楕円形状の四つの開口部２Ａと、これに連結された半円柱状の一対の保持部２Ｂが形成されると共に、上ケース１には開口部２Ａよりやや小さな楕円形状の四つの開口部１Ａが設けられている。

また、３Ａ〜３Ｄは略楕円球状で直径２〜３ｍｍ前後のフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石で、図３の部分側面図に示すように、磁性の異なるＮ極とＳ極が回転方向に所定の角度間隔で、例えば６０度間隔で隣接して形成されると共に、中心には円柱状に突出した一対の回転軸４が設けられている。

そして、この複数の、例えば四つの磁石３Ａ〜３Ｄが、下ケース２の保持部２Ｂに回転軸４が挿入されて開口部２Ａ内に、例えば磁石３Ａとこれに対向した磁石３Ｂが左右方向に、磁石３Ｃと３Ｄが磁石３Ａや３Ｂとは直交方向の前後方向に、各々回転可能に装着されると共に、各々の上部が上ケース１上面から突出している。

なお、これら四つの開口部１Ａや２Ａ、磁石３Ａ〜３Ｄの間隔は、一本の指で四つの磁石３Ａ〜３Ｄに同時に触れることが可能なように、各々３〜５ｍｍ前後の間隔で、指の幅以下の４〜１０ｍｍ前後の寸法内に形成されている。

また、５は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、上下面には銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、磁石３Ａ〜３Ｄ下方の配線基板５上面には、垂直方向の磁気を検出するホール素子や、水平方向の磁気を検出するＧＭＲ素子等の、四つの磁気検出素子６が、磁石３Ａ〜３Ｄに対向配置するように実装装着されている。

なお、この磁気検出素子６は、図３に示すように、垂直方向の磁気を検出する磁気検出素子６Ａと、これとは直交方向の水平方向の磁気を検出する磁気検出素子６Ｂが、一対となって形成されている。

さらに、１１はプッシュスイッチ等のスイッチ接点、１２はマイコン等の制御手段で、スイッチ接点１１が四つの磁気検出素子６中央の配線基板５上面に実装装着されると共に、このスイッチ接点１１や磁気検出素子６が配線パターンを介して、制御手段１２に接続されている。

また、１３はポリエチレンテレフタレート等のフィルム状のカバーシートで、このカバーシート１３が配線基板５上面を覆うと共に、カバーシート１３下面に印刷等によって形成された凸部１３Ａが、スイッチ接点１１から上方へ突出した押釦部１１Ａに当接して、入力装置が構成されている。

そして、このように構成された入力装置が、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器の操作部（図示せず）に、磁石３Ａ〜３Ｄ上部を突出させて上下動可能に装着されると共に、制御手段１２が配線パターンやリード線（図示せず）等を介して、機器の電子回路（図示せず）に電気的に接続される。

以上の構成において、例えば機器の液晶表示素子等の表示手段（図示せず）に、氏名や曲名等の複数のメニューやカーソル（図示せず）等が表示された状態で、図７（ａ）の平面図に示すように、例えば指を右方向へ動かすと、これと直交方向の前後方向に回転可能な磁石３Ｃや３Ｄは回転しないが、左右方向に回転可能な磁石３Ａが回転軸４を中心として先ず回転し、次に磁石３Ｂが回転する。

そして、例えば図３に示すように、磁石３Ａ下方の磁気検出素子６が、Ｎ極とＳ極が所定の角度間隔で隣接形成され、回転によってＮ極とＳ極が交互に変化する磁石３Ａの磁気を検出するが、この時、垂直方向の磁気を検出する磁気検出素子６Ａは、磁石３ＡのＮ極とＳ極の変化した数、つまり回転角度を検出する。

また、水平方向の磁気を検出する磁気検出素子６Ｂは、磁石３Ａの磁気の変化がＮ極からＳ極なのか、あるいはＳ極からＮ極なのかを、つまり回転方向を検出し、図４（ａ）の波形図に示すような、パルス信号Ｌ１が磁気検出素子６から制御手段１２に出力される。

さらに、磁石３Ｂ下方の磁気検出素子６からも、図４（ｂ）に示すような、パルス信号Ｌ２が出力されるが、先ず磁石３Ａが回転し、次に磁石３Ｂが回転操作されるため、パルス信号Ｌ１とＬ２は所定時間、例えば時間ｔだけずれた位相差のあるものとなって、これらが制御手段１２に出力される。

そして、制御手段１２がこれらのパルス信号Ｌ１とＬ２から指の移動方向と、磁石３Ａと３Ｂの回転角度を検出して、図４（ｃ）に示すような、駆動信号Ｍ１を機器の電子回路に出力し、機器の表示手段に表示されたメニュー上のカーソル等が、例えば右方向へ磁石３Ａと３Ｂの回転角度分だけ移動する。

なお、この時、例えば指の移動が素早く行われ、磁石３Ａと３Ｂ下方の磁気検出素子６からのパルス信号の時間差が小さく、時間ｔが所定値以下である場合には、制御手段１２がこれを判別し、図４（ｄ）に示すような、磁石３Ａと３Ｂ両方が回転された時間Ｔの間の波形が異なる、例えばカーソルを速く移動させるための駆動信号Ｍ２を機器の電子回路に出力する。

つまり、先ず磁石３Ａが回転操作された時には、制御手段１２から駆動信号Ｍ１と同じ信号が出力されるが、この後、指が磁石３Ａと３Ｂの両方に当接し、磁石３Ａと３Ｂの両方が回転している間は駆動信号Ｍ２が出力されて、カーソルが例えば通常の２倍あるいは３倍の速さで右方向へ移動し、最後に指が磁石３Ａから離れ磁石３Ｂのみを回転操作している状態では、駆動信号Ｍ１と同じ信号が出力され、カーソルが通常の速さで右方向へ移動する。

すなわち、通常の速さで指を右方向へ移動し、制御手段１２から駆動信号Ｍ１が出力された場合に比べ、指を速く移動し位相差の時間ｔが所定値以下で、駆動信号Ｍ２が出力された場合には、カーソルが例えば通常の２倍あるいは３倍の速さで右方向へ移動するようになっている。

したがって、メニューが多くカーソルを右方向へ大きく移動したい場合にも、指を何度も左右方向へ往復移動して、磁石３Ａと３Ｂを何度も回転する必要はなく、指を素早く１回移動し、磁石３Ａと３Ｂを速く回転させるだけで、カーソルを大きく移動することができる。

なお、指を左方向へ動かした場合には、上記とは逆に先ず磁石３Ｂが回転し、次に磁石３Ａが回転操作され、図７（ｂ）に示すように、指を前後方向へ移動した場合には、磁石３Ａや３Ｂは回転せず、前後方向に回転可能な磁石３Ｃと３Ｄが回転し、これらの下方の磁気検出素子６から、上記と同様に位相差のあるパルス信号が制御手段１２に出力され、これによって表示手段のカーソルが、例えば左方向や上下方向へ移動する。

また、このように指を左方向あるいは前後方向へ移動した場合にも、指が速く動かされ、対向する二つの磁気検出素子６からのパルス信号の位相差の時間ｔが所定値以下である場合には、制御手段１２から駆動信号Ｍ２が出力され、カーソルが速く大きく、メニュー上を左方向あるいは前後方向へ移動するようになっている。

つまり、機器の表示手段を見ながら、指で磁石３Ａ〜３Ｄを左右方向や前後方向へ回転操作することによって、表示手段に表示されたカーソル等を所定方向へ移動させて、メニューの選択等を行えると共に、磁気検出素子６からのパルス信号の位相差が所定値以下となるように、指を速く所定方向へ移動した場合には、カーソルが速く移動して、メニューの選択等を素早く短い時間で行えるように構成されている。

また、このようにカーソルが所望のメニュー上に位置した状態で、磁石３Ａ〜３Ｄに同時に指を当てて押圧操作すると、上ケース１と下ケース２が下方へ移動してカバーシート１３が撓み、この下面の凸部１３Ａが押釦部１１Ａを押圧して、スイッチ接点１１の電気的接離が行われ、これを制御手段１２が検出して、例えば、メニューの確定や次メニューの表示等が行われる。

なお、磁石３Ａ〜３Ｄへの押圧力を解除すると、スイッチ接点１１の弾性復帰力によって押釦部１１Ａが凸部１３Ａを押圧し、上ケース１と下ケース２が上方へ移動して、元の状態に復帰する。

つまり、機器の表示手段を見ながら、上記のように、指の移動する速さに応じてカーソルを移動して、メニューの選択等を行うと共に、磁石３Ａ〜３Ｄを押圧操作することによって、メニューの確定や次メニューの表示等を容易に行えるように構成されている。

このように本実施の形態によれば、制御手段１２が磁気検出素子６からのパルス信号の時間差に応じて、出力する駆動信号を変化させ、例えば指が通常の速さで移動し、位相差の時間ｔが大きな場合には駆動信号Ｍ１を、指が素早く移動し、時間差が小さな場合には駆動信号Ｍ２を出力することによって、指の移動する速さに応じた様々なカーソル移動が行えるため、カーソル等の操作が容易で、多様な操作が可能な入力装置を得ることができるものである。

（実施の形態２）
実施の形態２を用いて、本発明の他の実施の形態について説明する。

なお、入力装置の構成については、図１〜図３で示した実施の形態１の場合と同一であるため、説明を省略する。

図１〜図３に示す構成において、例えば機器の液晶表示素子等の表示手段（図示せず）に、氏名や曲名等の複数のメニューやカーソル（図示せず）等が表示された状態で、図７（ａ）の平面図に示すように、例えば指を右方向へ動かすと、磁石３Ａが先ず回転し、次に磁石３Ｂが回転する。

そして、実施の形態１の場合と同様に、この磁石３Ａの磁気を下方の磁気検出素子６が検出し、磁石３Ａの回転方向と、図５（ａ）の波形図に示すような、回転角度分のパルス信号Ｌ１を制御手段１２に出力する。

また、磁石３Ｂ下方の磁気検出素子６から、図５（ｂ）に示すような、パルス信号Ｌ１とは所定時間ずれた、位相差のあるパルス信号Ｌ２が制御手段１２に出力されることも、実施の形態１の場合と同様である。

さらに、これらのパルス信号Ｌ１とＬ２から制御手段１２が指の移動方向と、磁石３Ａと３Ｂの回転角度を検出するが、この時、制御手段１２がパルス信号Ｌ１とＬ２のパルス数をカウントし、図５（ｃ）に示すような、磁石３Ａと３Ｂ両方が回転された時間Ｔの、パルス数が多い間は波形が大きな、例えばカーソルを速く移動させるための駆動信号Ｍ３を機器の電子回路に出力する。

つまり、先ず磁石３Ａが回転操作された時には、制御手段１２から通常の駆動信号が出力されるが、この後、指が磁石３Ａと３Ｂの両方に当接し、磁石３Ａと３Ｂの両方が回転している間は駆動信号Ｍ３が出力されて、カーソルが例えば通常の２倍の速さで右方向へ移動し、最後に指が磁石３Ａから離れ磁石３Ｂのみを回転操作している状態では、再び通常の駆動信号が出力され、カーソルが通常の速さで右方向へ移動する。

すなわち、本実施の形態においては、磁石３Ａと３Ｂの両方が回転され、制御手段１２がカウントするパルス数が多い間は、カーソルが例えば通常の２倍の速さで右方向へ移動するため、指を何度も左右方向へ往復移動して、磁石３Ａと３Ｂを何度も回転する必要はなく、指を１回移動するだけで、カーソルを大きく移動することができるようになっている。

また、この時、例えば指の移動が素早く行われ、磁石３Ａと３Ｂの両方が回転している間にカウントするパルス数が所定数以上である場合には、図５（ｄ）に示すような、磁石３Ｂのみが回転している間もカーソルを速く、例えば通常の２倍の速さで移動させる駆動信号Ｍ４が制御手段１２から出力される。

つまり、通常の速さで指を右方向へ１回移動した場合でも、磁石３Ａと３Ｂの両方が回転している間は、カーソルが例えば通常の２倍の速さで移動し、さらに指を速く移動した場合には、磁石３Ｂのみが回転している間も、カーソルが例えば通常の２倍の速さで移動するように構成されている。

そして、指を上記とは逆の左方向や、図７（ｂ）に示すように前後方向へ動かした場合にも、対向する二つの磁石の両方が回転している間は、同様にカーソルが例えば通常の２倍の速さで移動し、指を速く移動した場合には、後で操作された磁石のみが回転している間も、カーソルが例えば通常の２倍の速さで、メニュー上を左方向あるいは前後方向へ速く大きく移動する。

さらに、このようにカーソルが所望のメニュー上に位置した状態で、磁石３Ａ〜３Ｄに同時に指を当てて押圧操作すると、スイッチ接点１１の電気的接離が行われ、これを制御手段１２が検出して、例えば、メニューの確定や次メニューの表示等が行われることは、実施の形態１の場合と同様である。

なお、以上の説明では、垂直方向の磁気を検出する磁気検出素子６Ａと、水平方向の磁気を検出する磁気検出素子６Ｂが一対となった磁気検出素子６を、磁石３Ａ等の下方に配置した構成について説明したが、同じ方向の磁気を検出する磁気素子が、所定の間隔で並列に配置された磁気検出素子を用い、これらの磁気素子の位置の違いによる時間のずれから、磁石３Ａ等の回転方向と回転角度の検出を行う構成としても、本発明の実施は可能である。

また、以上の説明では、上ケース１と下ケース２内に磁石３Ａと３Ｂを左右方向に、磁石３Ｃと３Ｄを前後方向に、各々直交する方向に回転可能に装着した構成について説明したが、図６（ａ）の平面図に示すように、磁石３Ａを左右方向に、磁石３Ｂを前後方向に各々回転可能に装着し、磁石３Ｃや３Ｄはこれらに対し傾いた、例えば４５度前後傾いた斜め方向に、各々回転可能に装着した構成としてもよい。

さらに、操作する方向が少ない場合には、四つの磁石３Ａ〜３Ｄではなく、図６（ｂ）に示すように、二つの磁石３Ａと３Ｂを同じ方向に回転可能に装着したものや、図６（ｃ）に示すように、これらを直交する方向に回転可能に装着したものとしてもよく、あるいは八つの磁石を様々な方向に回転可能に装着して、様々な操作方向を検出する構成としても、本発明の実施は可能である。

また、Ｎ極とＳ極が所定の角度間隔で、例えば６０度間隔で三つずつ隣接して形成された磁石３Ａ等を用いた構成について説明したが、やや検出精度は劣るが、Ｎ極とＳ極が１８０度間隔で一つずつ形成されたものや、あるいは４５度間隔で四つずつ形成されたものを用いて、検出精度をより高めた構成としてもよい。

さらに、磁石３Ａの形状も上述した略楕円球状のほか、略円柱状や略球状等、ある程度の円みを有し回転操作の行い易いものであれば、様々な形状において本発明の実施は可能である。

そして、上述したように、磁石３Ａ〜３Ｄを各々３〜５ｍｍ前後の間隔で、上ケース１や下ケース２に装着することによって、二つの磁石が同時に回転して、位相差のないパルス信号が出力されることを防ぐと共に、一方の磁石のみが回転して、出力されるパルス信号が一つになってしまうことを防ぎ、確実な回転方向と回転角度の検出を行えるようになっている。

このように本実施の形態によれば、制御手段１２が磁気検出素子６からのパルス信号のパルス数に応じて、出力する駆動信号を変化させ、例えば対向する二つの磁石の両方が回転している間は駆動信号Ｍ３を、あるいは指を速く移動した場合には駆動信号Ｍ４を出力することによって、指の移動する速さに応じた様々なカーソル移動が行えるため、カーソル等の操作が容易で、多様な操作が可能な入力装置を得ることができるものである。

なお、以上の説明では、配線基板５上面にプッシュスイッチを実装して、スイッチ接点１１を形成した構成について説明したが、配線基板５上面にカーボン等によって複数の固定接点を設け、この上に略ドーム状で導電金属薄板製の可動接点を載置したものや、あるいは、固定接点上方に下面に可動接点が形成されたゴム等の押釦を対向させたもの等、様々なスイッチ接点を用いた構成としても、本発明の実施は可能である。

本発明による入力装置は、容易で多様な操作の可能なものを実現することができるという有利な効果を有し、主に各種電子機器の操作用として有用である。

１ 上ケース
１Ａ、２Ａ 開口部
２ 下ケース
２Ｂ 保持部
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ 磁石
４ 回転軸
５ 配線基板
６、６Ａ、６Ｂ 磁気検出素子
１１ スイッチ接点
１１Ａ 押釦部
１２ 制御手段
１３ カバーシート
１３Ａ 凸部

Claims (1)

1. Ｎ極とＳ極が所定の角度間隔で形成された略円柱状または略球状の複数の磁石と、この複数の磁石が回転可能に装着されたケースと、上記磁石に所定の間隙を空けて対向配置された複数の磁気検出素子と、この複数の磁気検出素子からのパルス信号に応じて駆動信号を出力する制御手段からなり、上記制御手段が上記磁気検出素子からのパルス信号の時間差、またはパルス数に応じて出力する駆動信号を変化させる入力装置。

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