JP2011238061A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カーナビ装置の地図画面を高速又は低速でノブをスライドするような操作速度が混在する場合でも、操作者への負担を少なくして、操作性をより向上させる入力装置を提供する。
【解決手段】入力装置は、ＸＹ平面上及びこれに直交する押下方向に操作可能な操作ノブ（２０）と、操作ノブのＸＹ方向の操作状態を検出するＸ軸及びＹ軸リニアエンコーダ（１６１，１６２）と、操作ノブの押下を検出する２段モーメンタリスイッチ（３０）と、操作ノブに力を作用させるＸ軸及びＹ軸ボイスコイルモータ（１４，１５）とを備える。制御部（５０）は、操作ノブに対し操作速度に比例する粘性抗力を付与するとともに、２段モーメンタリスイッチが操作ノブの押下を検出すると粘性抵抗係数をより大きい値に切り換えて粘性抗力をより重くする。これにより、画面を高速又は低速でスライドする際にも操作者の負担が減り、操作性が向上する。
【選択図】図５

Description

本発明は、入力装置に関し、特に操作者が操作する操作部に力を付与することにより力覚を生じさせる力覚付与型の入力装置に関する。

従来、車両においてカーナビやエアコン等の遠隔操作を運転席内で行うための入力装置として、操作者により操作される操作部に外力を付与することにより力覚を生じさせる力覚付与型の入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この入力装置は、操作者によって操作される操作部（操作ノブ）と、操作部への操作状態を検出する位置センサと、操作部に外力を付与するアクチュエータと、アクチュエータを制御する制御部とを備えている。制御部は、操作部の操作速度に比例する一定の抗力（粘性抗力）を操作部に外力として付与することにより、例えば走行中の振動下でも所望の入力操作が的確にできるよう構成されている。

特開２００４−２５２７３４号 公報

かかる従来の入力装置において、例えばカーナビ装置の地図画面を見ながら入力操作する際に、目標地点に近い狭域表示の地図画面を低速でノブをスライド操作する場合には、操作部に抗力（反力）が付与されているので走行中の振動下でも容易に操作することができる。しかし、目標地点が地図画面上において離れている場合や目標地点を検索するため画面を高速でノブをスライドしたい場合には、操作部への抗力がかえって操作の妨げとなるという課題があった。

そこで、本発明の目的は、例えばカーナビ装置の地図画面を高速又は低速でノブをスライドするような操作速度が混在する場合でも、操作者への負担を少なくして、操作性をより向上させることができる入力装置を提供することにある。

［１］上記目的を達成するため本発明に係る入力装置は、一の平面及び当該平面に直交する押下方向に操作可能な操作ノブと、前記平面における前記操作ノブの操作状態を検出する第１の検出部と、前記押下方向における前記操作ノブの操作状態を検出する第２の検出部と、前記平面において前記操作ノブに力を付与する駆動部と、前記第１の検出部が検出する前記操作ノブの操作状態に基づいて前記駆動部を制御して前記操作ノブに前記力を付与するとともに、前記第２の検出部が前記操作ノブの押下を検出しているとき、前記操作ノブへ付与する力のうち前記平面における操作に対抗する抗力成分を変化させる制御部と、を備える。

［２］また、前記抗力成分は、前記操作ノブの前記平面における操作速度に粘性抵抗係数を乗算して得られる粘性抗力であり、前記制御部は、前記第２の検出部が前記操作ノブの押下を検出しているとき、前記粘性抵抗係数の値を変化させることで、前記粘性抗力を変化させる入力装置である。

［３］また、前記第２の検出部は、前記操作ノブの押下量を検出するストロークセンサであり、前記制御部は、前記第２の検出部が前記操作ノブの押下を検出しているとき、前記抗力成分を前記検出した操作ノブの押下量に応じて連続的に変化させる入力装置である。

［４］また、前記制御部は、前記第２の検出部が前記操作ノブの押下を検出しているとき、前記抗力成分を増加させる入力装置である。

本発明の入力装置によれば、地図画面を高速又は低速でノブをスライドするような操作速度が混在する場合でも、操作を容易にすることができる。したがって、例えば粘性抗力が常に一定である従来の入力装置に比較して、操作者への負担が少なく操作性をより向上させることができる。

図１（ａ）は、第１の実施の形態による操作入力部の構成を示す斜視図である。図１（ｂ）は、操作入力部のＸ軸ボイスコイルモータの部分の構成を示す斜視図である。 図２は、第１の実施の形態による２段モーメンタリスイッチの縦断面図である。 図３（ａ）は、非作動時の状態を示す２段モーメンタリスイッチの縦断面図である。図３（ｂ）は、第１の接点が作動時の状態を示す２段モーメンタリスイッチの縦断面図である。図３（ｃ）は、２段モーメンタリスイッチにおいて操作ノブの押下量と反力の関係をグラフで示す図である。 図４は、第１の実施の形態による入力装置を含むシステム構成を示すブロック図である。 図５は、第１の実施の形態の制御部による制御動作を示すフローチャートである。 図６は、第１の実施の形態において設定される、操作ノブの押下量と粘性抵抗係数の関係をグラフで示す図である。 図７は、第２の実施の形態による操作入力部の構成を示す斜視図である。 図８は、第２の実施の形態によるストロークセンサの縦断面図である。 図９（ａ）は、接点が作動する前の状態を示すストロークセンサの縦断面図である。図９（ｂ）は、接点が作動時の状態を示すストロークセンサの縦断面図である。図９（ｃ）は、ストロークセンサにおいて操作ノブの押下量と反力の関係をグラフで示す図である。 図１０は、第２の実施の形態の制御部による制御動作を示すフローチャートである。 図１１は、第２の実施の形態において設定される、操作ノブの押下量と粘性抵抗係数の関係をグラフで示す図である。

以下、本発明に係る入力装置として、車両に搭載されるカーナビ装置やエアコン装置等を遠隔操作するための力覚付与機能が付加された入力装置について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態による操作入力部１の構成）
本発明の第１の実施の形態による入力装置は、操作入力部１と制御部５０とを備えて構成されている。図１（ａ）は、第１の実施の形態による操作入力部１の構成を示す外観斜視図である。この操作入力部１は、略水平のＸＹ平面上の任意の方向へスライドし、更にこのＸＹ平面に直交するＺ方向（押下方向）に操作可能な操作ノブ２０を備えている。また、操作入力部１は、本体部１０と、本体部１０を覆うカバー１１とを備えている。

図１（ａ）に示されるように操作ノブ２０は、ノブシャフト２１の先端部に取り付けられ、操作者が操作できるようにカバー１１の中央に設けられた開口部１１ａから外部に突出して設けられている。ノブシャフト２１は、互いに直交するように設けられたＸキャリッジ１２１及びＹキャリッジ１２２の各長孔１２１ａ，１２２ａを支持部材１７２を介して貫通している。ここで、支持部材１７２は、当該長孔１２１ａ，１２２ａの幅よりも大きい直径のフランジ部を有し、ノブシャフト２１をその軸方向において摺動可能に支持している。

Ｘキャリッジ１２１は、その両端部がＸ軸スライドガイド１３１，１３１にスライド可能に支持される。同様に、Ｙキャリッジ１２２も、その両端部がＹ軸スライドガイド１３２，１３２にスライド可能に支持されている。これにより、操作入力部１は、操作ノブ２０のＸＹ方向への操作移動に連動して、Ｘキャリッジ１２１がそのＸ座標成分だけ移動し、Ｙキャリッジ１２２がそのＹ座標成分だけ移動するように構成されている。

また、操作入力部１は、第１の検出部として、Ｘ軸リニアエンコーダ１６１と、Ｙ軸リニアエンコーダ１６２とを備えている。Ｘ軸リニアエンコーダ１６１は、Ｘキャリッジ１２１の一端部に連結され、Ｙ軸リニアエンコーダ１６２は、Ｙ軸キャリッジ１２２の一端部に連結されている。Ｘ軸リニアエンコーダ１６１及びＹ軸リニアエンコーダ１６２は、Ｘキャリッジ１２１及びＹキャリッジ１２２のそれぞれの移動に応じてパルス信号を出力する。このパルス信号は、エンコーダの回転方向によって位相が異なるＡ相とＢ相の２つの信号からなり、後述する制御部５０がこれらのパルス信号をカウントすることにより、操作ノブ２０のＸＹ方向における操作量が検出される。

また、操作入力部１は、力覚制御をするために、操作ノブ２０に対し外力を付与する駆動部としてのＸ軸ボイスコイルモータ１４と、Ｙ軸ボイスコイルモータ１５とを備えている。図１（ｂ）は、Ｘ軸ボイスコイルモータ１４の部分の構成を示す分解斜視図である。なお、Ｙ軸ボイスコイルモータ１５もＸ軸ボイスコイルモータ１４と同様の構成である。

Ｘ軸ボイスコイルモータ１４は、第１アーム１４１ａ及び第２アーム１４１ｂを有する磁性材料からなるＵ字状のヨーク１４１と、第１アーム１４１ａの第２アーム１４１ｂとの対向面に配置されたマグネット１４２と、第２アーム１４１ｂに進退自在に嵌合されるボイスコイル１４３とを備え、ボイスコイル１４３に電流を供給するとボイスコイル１４３に対しＸ軸方向にローレンツ力を発生させるように構成されている。また、ヨーク１４１は本体部１０に固定され、ボイスコイル１４３はＸキャリッジ１２１に連結されている。

このように、操作入力部１は、駆動部としてのＸ軸ボイスコイルモータ１４及びＹ軸ボイスコイルモータ１５が、Ｘキャリッジ１２１及びＹキャリッジ１２２にそれぞれ連結することで、これら駆動部を作動させて操作ノブ２０に対しＸＹ方向へ力を伝達するように構成されている。

また、操作入力部１は、操作ノブ２０を押下することで作動する第２の検出部としての２段モーメンタリスイッチ３０がノブシャフト２１の基端部に取り付けられている。

（２段モーメンタリスイッチ３０の構成）
図２は、２段モーメンタリスイッチ３０の縦断面図である。２段モーメンタリスイッチ３０は、ケース３１と、ドーム状の弾性ゴム部材からなるラバードーム３２と、ラバードーム３２の開口底部を塞ぐように設けられる基板３３と、基板３３の裏面に固着されるスライド部材３４とを備えている。ここで、スライド部材３４は、低摩擦の例えばテフロン（登録商標）等の樹脂から形成され、操作入力部１の本体部１０の底面に当接して２段モーメンタリスイッチ３０を操作ノブ２０と共に低摩擦で連動させるために設けられる。

ラバードーム３２の頂部には、操作ノブ２０のノブシャフト２１の端部と当接し又はノブシャフト２１の端部と予め接続される押圧面３２ａが形成されている。ラバードーム３２の内壁の中央部には、ブリッジ部３２１ｂを介し基板３３に向けて延びる第１のラバーコンタクト３２１が一体形成されている。第１のラバーコンタクト３２１の先端面部には、導電性を有する第１の可動電極３２１ａが設けられている。

また、ラバードーム３２の内壁で第１のラバーコンタクト３２１の周囲には、基板３３に向けて延びる第２のラバーコンタクト３２２が一体形成されている。第２のラバーコンタクト３２２の先端面部には、導電性を有する第２の可動電極３２２ａが設けられている。第２のラバーコンタクト３２２は、第１のラバーコンタクト３２１よりも短く延びて形成されている。このため、初期位置（非作動時）では、第１の可動電極３２１ａよりも第２の可動電極３２２ａのほうが基板３３から離れた位置となる。

基板３３において、第１の可動電極３２１ａに対応する位置には、導電性を有する一対の第１の固定電極３３１ａ，３３１ｂがプリント形成されている。また、第２の可動電極３２２ａに対応する位置には、導電性を有する一対の第２の固定電極３３２ａ，３３２ｂがプリント形成されている。

図３（ａ）は、非作動時の状態を示す２段モーメンタリスイッチ３０の縦断面図であり、図３（ｂ）は、第１の接点が作動時の状態を示す２段モーメンタリスイッチ３０の縦断面図である。また、図３（ｃ）は、操作ノブ２０の押下量Ｓｚとラバードーム３２の弾性変形に伴う操作ノブ２０への反力Ｆｚの関係をグラフで示す図である。

かかる構成の２段モーメンタリスイッチ３０において、操作ノブ２０がＺ方向に押下されラバードーム３２の頂部が押圧されると、ラバードーム３２が弾性変形しながら撓む。そして、操作ノブ２０の押下量ＳｚがＳ１のとき、第１の接点である固定電極３３１ａ，３３１ｂと可動電極３２１ａとがコンタクトする。第１の固定電極３３１ａ，３３１ｂ間が可動電極３２１ａを介して導通することにより、第１の接点がオンする（図３（ｂ））。

操作ノブ２０の押下量ＳｚがＳ１付近では、第１のラバーコンタクト３２１が基板３３に当接した状態でブリッジ部３２１ｂが圧縮し、更にラバードーム３２が押圧され降伏点に達すると内部応力が圧縮から引張に転じて反り返るため、一旦、操作ノブ２０への反力Ｆｚが減少する。

更に操作ノブ２０を押下すると、ラバードーム３２の中段部が膨張し外面側が引っ張られて操作ノブ２０への反力Ｆｚが増加するが、操作ノブ２０の押下量ＳｚがＳ２付近の降伏点に達すると、ラバードーム３２の外面側の内部応力が一気に圧縮（収縮）に転じて再び反力Ｆｚが減少に転じる。このとき、第２の接点である固定電極３３２ａ，３３２ｂと可動電極３２２ａとがコンタクトし、第２の接点がオンする。

このように、２段モーメンタリスイッチ３０によれば、操作ノブ２０の押下操作に従って、第１の接点と第２の接点とが順次作動する。そして、各接点が作動する位置とラバードーム３２の変形によって生じる反力Ｆｚの各ボトムとを概ね一致させることにより、操作ノブ２０から受ける節度感で第１及び第２の接点の作動及び非作動の状態を操作者に認識させるようにしている。

（制御部５０の構成）
図４は、第１の実施の形態による入力装置を含んで車両内に構築されるシステム構成を示すブロック図である。入力装置の制御部５０は、ＣＰＵと、ＲＯＭやＲＡＭからなる記憶部５５と、各種センサやスイッチが接続される入出力ポートと、車載ＬＡＮ９０を介して外部制御機器等との通信を制御するＬＡＮコントローラ等をハードウエア回路として備え、ＣＰＵが予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って各種演算制御処理を実行するマイクロコンピュータとして構成される。

制御部５０には、操作入力部１における第１の検出部としてのＸ軸リニアエンコーダ１６１及びＹ軸リニアエンコーダ１６２と、操作ノブ２０に力を付与する駆動部としてのＸ軸ボイスコイルモータ１４及びＹ軸ボイスコイルモータ１５と、第２の検出部としての２段モーメンタリスイッチ３０とが接続されている。

また、車両内のシステムとしては、例えばカラー液晶表示装置である画像表示部６０と、入力装置による操作対象の外部制御機器であるカーナビ装置７０やエアコン装置８０等が車載ＬＡＮ９０を介して制御部５０に通信可能に接続されている。

制御部５０の記憶部５５には、画像表示部６０に表示されるメニュー画面のアイコンや選択ボタン等のレイアウトと操作ノブ２０へのトルクパターンとを対応付けた力覚パターンテーブル５６が記憶されている。

また、制御部５０には、本発明に関わる力覚制御をするために、操作状態検出手段５１と、表示制御手段５２と、力制御手段５３とを備えている。これらは、ＣＰＵが予めＲＯＭに記憶されているプログラムに従って演算処理を行うことで各機能が実現される演算制御手段として構成される。

（第１の実施の形態による入力装置の動作）
次に、第１の実施の形態による入力装置の動作を説明する。再び図１を参照し、はじめに操作入力部１において、操作者によって操作ノブ２０がＸＹ方向に操作されると、これに係合するＸキャリッジ１２１がＸ方向にスライドし、Ｙキャリッジ１２２がＹ方向にスライドする。Ｘ軸リニアエンコーダ１６１は、Ｘキャリッジ１２１の移動に応じてＡ相及びＢ相の２つのパルス信号を制御部５０に出力する。同様にＹ軸リニアエンコーダ１６２は、Ｙキャリッジ１２２の移動に応じてＡ相及びＢ相のパルス信号を制御部５０に出力する。

図５は、制御部５０のＣＰＵが演算処理により実行する制御動作を示すフローチャートである。以下、図４及び図５を参照して、第１の実施の形態の制御部５０による制御動作を説明する。

はじめに、制御部５０における操作状態検出手段５１は、Ｘ軸リニアエンコーダ１６１及びＹ軸リニアエンコーダ１６２からの各パルス信号に基づいて、操作ノブ２０のＸＹ平面上の座標位置及び操作速度ベクトル（速さと方向）を検出する（ステップＳ１１）。

制御部５０の表示制御段５２は、操作状態検出手段５１が検出した操作ノブ２０のＸＹ平面上の座標位置に基づいて、画像表示部６０の画面において対応する方向、速度で画面をスライド（スクロール）したり、対応する位置にカーソルを表示したりする制御を行う（ステップＳ１２）。

制御部５０の力制御手段５３は、操作状態検出手段５１が検出した操作ノブ２０のＸＹ平面上の座標位置に基づいて、記憶部５５に予め記憶されている力覚パターンテーブル５６を参照して、操作ノブ２０へ付与すべき力ベクトル成分Ｆ_ｓ（ｘ，ｙ）を求める（ステップＳ１３）。

ここで、この力ベクトル成分Ｆ_ｓ（ｘ，ｙ）とは、操作ノブ２０に付与する力のうち、操作ノブ２０のＸＹ平面上の操作座標位置のみに依存する力成分の強さと方向のことをいう。例えば、画像表示部６０が表示する地図画面上において、カーソルが予め設定された目標エリアの近隣を指し示す場合に、当該カーソルの位置が当該目標エリアの中心地点から離れるほどその中心地点に向かう力が増すように、操作ノブ２０に付与する力ベクトル成分Ｆ_ｓ（ｘ，ｙ）を定めることができる。これにより、設定された目標エリアに操作ノブ２０を導くような力覚制御が可能となる。

次に制御部５０の操作状態検出手段５１は、操作ノブ２０が押下されて２段モーメンタリスイッチ３０の第１の接点が作動（オン）しているかどうか調べる（ステップＳ１４）。

制御部５０の力制御手段５３は、２段モーメンタリスイッチ３０の第１の接点が作動していないと判断すると（ステップＳ１４：ＮＯ）、操作状態検出手段５１が検出した操作ノブ２０の操作速度ベクトルに基づいて、操作ノブ２０へ通常付加する粘性抗力である粘性抗力ベクトル成分Ｆ_ｒ０（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）を求める（ステップＳ１５）。

ここで、粘性抗力とは、操作ノブ２０のＸＹ平面上における操作方向に対し正反対の方向で、かつ、当該操作速度に所定の粘性抵抗係数を乗算して得られる強さの抗力のことをいう。また、ｄｘ／ｄｔは、操作ノブ２０のＸ操作方向における速度成分であり、ｄｙ／ｄｔは、Ｙ操作方向における速度成分である。

図６は、第１の実施の形態において設定される、操作ノブ２０の押下量Ｓｚと粘性抵抗係数βの関係をグラフで示す図である。なお、ここで用いられる粘性抵抗係数β_０，β_１の値は、記憶部５５に予め記憶されている。

操作ノブ２０が押下されていないか、又はその押下量ＳｚがＳ１以下のときに実行されるステップＳ１５において、制御部５０の力制御手段５３は、操作ノブ２０へ通常付加する粘性抗力ベクトル成分Ｆ_ｒ０（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）を式（１）により算出する。
Ｆ_ｒ０（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）＝−β_０×（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ） …式（１）

一方、力制御手段５３は、操作ノブ２０が押下されてその押下量ＳｚがＳ１以上となり、２段モーメンタリスイッチ３０の第１の接点が作動していると判断すると（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、操作状態検出手段５１が検出した操作ノブ２０の操作速度ベクトルに基づいて、上述した通常用いる粘性抵抗係数β_０よりも大きい粘性抵抗係数β_１を用いて、粘性抗力ベクトル成分Ｆ_ｒ１（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）を式（２）により算出する（ステップＳ１６）。
Ｆ_ｒ１（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）＝−β_１×（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ） …式（２）

そして制御部５０の力制御手段５３は、ステップＳ１３で求めた力ベクトル成分Ｆ_ｓ（ｘ，ｙ）にステップＳ１５で求めた粘性抗力ベクトル成分Ｆ_ｒ０（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）を加算した力ベクトルＦ_ｘｙ（式（３））、又は、ステップＳ１６で求めた粘性抗力ベクトル成分Ｆ_ｒ１（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）を加算した力ベクトルＦ_ｘｙ（式（４））に相当する力が操作ノブ２０に付与されるように、Ｘボイスコイルモータ１４及びＹボイスコイルモータ１５へ供給する電流をそれぞれ制御する（ステップＳ１７）。
Ｆ_ｘｙ＝Ｆ_ｓ（ｘ，ｙ）＋Ｆ_ｒ０（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ） …式（３）
Ｆ_ｘｙ＝Ｆ_ｓ（ｘ，ｙ）＋Ｆ_ｒ１（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ） …式（４）

このように、制御部５０は、操作ノブ２０の押下により２段モーメンタリスイッチ３０の第１の接点が作動している期間だけ、操作ノブ２０へ付与する力のうち、ＸＹ方向への操作に対抗する粘性抗力成分を通常のＦ_ｒ０（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）からより重いＦ_ｒ１（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）に切り換える。

次に、制御部５０の操作状態検出手段５１は、操作ノブ２０が更に押下されて２段モーメンタリスイッチ３０の第２の接点が作動（オン）しているかどうか調べる（ステップＳ１８）。操作状態検出手段５１が第２の接点の作動を判断すると（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、制御部５０は、画像表示部６０の画面上のカーソルが指し示すアイコンや選択ボタン等への選択決定入力が確定したとして、カーナビ装置７０やエアコン装置８０等の制御対象機器に対し、対応する選択決定入力を送信する（ステップＳ１９）。

かかる第１の実施の形態の入力装置によれば、操作ノブ２０のＸＹ方向への操作に対抗する粘性抗力が力覚として付与されるので、例えばカーナビ装置７０の地図画面を操作する際に目標地点の検索や設定した目標地点が地図画面上で遠距離にあるなどの場合には、操作者は比較的小さい粘性抗力（Ｆ_ｒ０（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ））を受けながら画面を高速でスライド（スクロール）できる。また、目標地点が地図画面上で近い距離にあるなどの場合には、操作者は操作ノブ２０をＺ方向に押下して２段モーメンタリスイッチ３０の第１の接点をオンさせることで、操作ノブ２０への粘性抗力を容易に増加させることができる（Ｆ_ｒ１（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ））。これにより、低速での画面スライドを容易にするとともに的確な選択決定操作を可能にする。したがって、カーナビ装置７０の地図画面等を高速又は低速でノブをスライドするような混在する操作速度が要求される場合でも、操作者への負担が少なくなり、入力装置の操作性を向上させることができる。

（第２の実施の形態による操作入力部２の構成）
次に、本発明の第２の実施の形態による入力装置を説明する。なお、添付図面において、第１の実施の形態と共通又は対応する構成要素については同一の符号が付されている。また、これらに共通する部分の説明は、第１の実施の形態における説明によるものとして、ここでの説明は省略する。

図７は、第２の実施の形態による操作入力部２の構成を示す外観斜視図である。この操作入力部２は、略水平のＸＹ平面上の任意の方向へスライドし、更にこのＸＹ平面に直交するＺ方向（押下方向）に操作可能な操作ノブ２０を備えている。また、操作入力部２は、本体部１０と、本体部１０を覆うカバー１１とを備えている。

操作ノブ２０は、ノブシャフト２１の先端部に取り付けられ、操作者が操作できるようにカバー１１の中央に設けられた開口部１１ａから外部に突出して設けられている。ノブシャフト２１は、互いに直交するように設けられたＸキャリッジ１２１及びＹキャリッジ１２２の各長孔１２１ａ，１２２ａを支持部材１７２を介して貫通している。

Ｘキャリッジ１２１は、その両端部がＸ軸スライドガイド１３１，１３１にスライド可能に支持される。同様に、Ｙキャリッジ１２２も、その両端部がＹ軸スライドガイド１３２，１３２にスライド可能に支持されている。これにより、操作入力部１は、操作ノブ２０のＸＹ方向への操作移動に連動して、Ｘキャリッジ１２１がそのＸ座標成分だけ移動し、Ｙキャリッジ１２２がそのＹ座標成分だけ移動するように構成されている。

また、操作入力部２は、第１の検出部として、Ｘ軸リニアエンコーダ１６１と、Ｙ軸リニアエンコーダ１６２とを備えている。Ｘ軸リニアエンコーダ１６１は、Ｘキャリッジ１２１の一端部に連結され、Ｙ軸リニアエンコーダ１６２は、Ｙ軸キャリッジ１２２の一端部に連結されている。Ｘ軸リニアエンコーダ１６１及びＹ軸リニアエンコーダ１６２は、Ｘキャリッジ１２１及びＹキャリッジ１２２のそれぞれの移動に応じてパルス信号を出力する。このパルス信号は、エンコーダの回転方向によって位相が異なるＡ相とＢ相の２つの信号からなり、後述する制御部５０がこれらのパルス信号をカウントすることにより、操作ノブ２０のＸＹ方向における操作量が検出される。

また、操作入力部２は、力覚制御をするために、操作ノブ２０に対し外力を付与する駆動部としてのＸ軸ボイスコイルモータ１４と、Ｙ軸ボイスコイルモータ１５とを備えている。これらＸ軸ボイスコイルモータ１４及びＹ軸ボイスコイルモータ１５からの出力が、Ｘキャリッジ１２１及びＹキャリッジ１２２を介して操作ノブ２０に伝達される。

また、操作入力部２は、操作ノブ２０を押下することで作動する第２の検出部としてのストロークセンサ４０がノブシャフト２１の基端部に取り付けられている。

（ストロークセンサ４０の構成）
図８は、ストロークセンサ４０の縦断面図である。ストロークセンサ４０は、ケース４１と、ドーム状の弾性ゴム部材からなるラバードーム４２と、ラバードーム４２の開口底部を塞ぐように設けられる基板４３と、基板４３の裏面に固着されるスライド部材４６とを備えている。

ラバードーム４２の頂部には、操作ノブ２０のノブシャフト２１の端部と当接し又はノブシャフト２１の端部と予め接続される押圧面４２ａが形成されている。ラバードーム４２の内壁の中央部には、先端部に磁性体４２１ａを設けて基板４３に向けて延びるサスペンド部４２１が一体形成されている。

また、ラバードーム４２の内壁でサスペンド部４２１の周囲には、基板４３に向けて延びるラバーコンタクト４２２が一体形成されている。ラバーコンタクト４２２の先端面部には、導電性を有する可動電極４２２ａが設けられている。

基板４３において、サスペンド部４２１に対応する位置には、当該サスペンド部４２１及び磁性体４２１ａを挿入させる挿入孔が形成され、かつ内部にＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）４５を配した磁気センサ４４が実装されている。また、可動電極４２２ａに対応する位置には、導電性を有する一対の固定電極４３ａ，４３ｂがプリント形成されている。

図９（ａ）は、接点が作動する前の状態を示すストロークセンサ４０の縦断面図であり、図９（ｂ）は、接点が作動時の状態を示すストロークセンサ４０の縦断面図である。また、図９（ｃ）は、操作ノブ２０の押下量Ｓｚとラバードーム４２の弾性変形に伴う操作ノブ２０への反力Ｆｚの関係をグラフで示す図である。

かかる構成のストロークセンサ４０において、操作ノブ２０がＺ方向に押下されラバードーム４２の頂部が押圧されると、ラバードーム４２が弾性変形しながら撓む（図９（ａ））。そして、サスペンド部４２１の先端部の磁性体４２１ａが磁気センサ４４内に入り込むと、磁気センサ４４は、ＭＲ素子４５の抵抗変化に基づいて磁性体４２１ａからの磁界の向きを検出して、これを操作ノブ２０のＺ方向への押下量Ｓｚに変換する。

操作ノブ２０が更に押下されると、ラバードーム４２の中段部が膨張し外面側が引っ張られて操作ノブ２０への反力Ｆｚが増加するが、操作ノブ２０の押下量Ｓｚが降伏点付近のＳ３に達すると、ラバードーム４２の外面側の内部応力が一気に圧縮（収縮）に転じるため一旦反力Ｆｚが減少する。このとき、固定電極４３ａ，４３ｂと可動電極４２２ａとがコンタクトし接点がオンする（図９（ｂ））。

このように、ストロークセンサ４０によれば、操作ノブ２０の押下量Ｓｚを磁気センサ４４が検出し、その押下量Ｓｚが最大ストローク付近に達すると接点が作動（オン）する。そして、接点が作動する位置とラバードーム４２の変形によって生じる反力Ｆｚのボトムとを概ね一致させることにより、操作ノブ２０から受ける節度感で接点の作動及び非作動の状態を操作者に認識させるようにしている。

なお、本実施の形態のストロークセンサ４０は、操作ノブ２０の押下量Ｓｚを検出するためにＭＲ素子４５を備えた磁気センサ４４を用いているが、これ以外にも例えば光センサ（光エンコーダ）や静電容量センサ等の手段を用いて操作ノブ２０の押下量Ｓｚを検出してもよい。

（第２の実施の形態による入力装置の動作）
図１０は、第２の実施の形態による制御部５０のＣＰＵが演算処理により実行する制御動作を示すフローチャートである。以下、図１０を参照して、第２の実施の形態の制御部５０による制御動作を説明する。

はじめに、制御部５０における操作状態検出手段５１は、Ｘ軸リニアエンコーダ１６１及びＹ軸リニアエンコーダ１６２からの各パルス信号に基づいて、操作ノブ２０のＸＹ平面上の座標位置及び操作速度ベクトル（速さと方向）を検出する（ステップＳ２１）。

制御部５０の表示制御段５２は、操作状態検出手段５１が検出した操作ノブ２０のＸＹ平面上の座標位置に基づいて、画像表示部６０の画面において対応する方向、速度で画面をスライドしたり、対応する位置にカーソルを表示したりする制御を行う（ステップＳ２２）。

制御部５０の力制御手段５３は、操作状態検出手段５１が検出した操作ノブ２０のＸＹ平面上の座標位置に基づいて、記憶部５５に予め記憶されている力覚パターンテーブル５６を参照して、操作ノブ２０へ付与すべき力ベクトル成分Ｆ_ｓ（ｘ，ｙ）を求める（ステップＳ２３）。

次に制御部５０の操作状態検出手段５１は、ストロークセンサ４０の磁気センサ４４からの出力に基づいて操作ノブ２０の押下量Ｓｚを検出する（ステップＳ２４）。

そして、制御部５０の力制御手段５３は、操作状態検出手段５１が検出した操作ノブ２０の操作速度ベクトルと操作ノブ２０が押下量Ｓｚに基づいて、式（５）により粘性抗力ベクトル成分Ｆ_ｒｚ（Ｓｚ，ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）を求める（ステップＳ２５）。
Ｆ_ｒｚ（Ｓｚ，ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）＝−β（Ｓｚ）×（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ） …式（５）

図１１は、第２の実施の形態において設定される、操作ノブ２０の押下量Ｓｚと粘性抵抗係数β（Ｓｚ）の関係をグラフで示す図である。ここで、β_０は、操作ノブ２０が押下されていないときに通常付与される粘性抵抗係数の初期値であり、その値は予め記憶部５５に記憶されている。

図１１に示されるように、操作ノブ２０の押下量Ｓｚが０〜Ｓ３の範囲にあるとき、この押下量Ｓｚに比例して連続的に増加する粘性抵抗係数β（Ｓｚ）が設定される。

そして制御部５０の力制御手段５３は、式（６）により、ステップＳ２３で求めた力ベクトル成分Ｆ_ｓ（ｘ，ｙ）にステップＳ２５で求めた粘性抗力ベクトル成分Ｆ_ｒｚ（Ｓｚ，ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）を加算して力ベクトルＦ_ｘｙを求め、これに相当する力が操作ノブ２０に付与されるように、Ｘボイスコイルモータ１４及びＹボイスコイルモータ１５へ供給する電流をそれぞれ制御する（ステップＳ２６）。
Ｆ_ｘｙ＝Ｆ_ｓ（ｘ，ｙ）＋Ｆ_ｒｚ（Ｓｚ，ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ） …式（６）

また、制御部５０の操作状態検出手段５１は、操作ノブ２０が更に押下されてストロークセンサ４０の接点が作動（オン）しているかどうか調べる（ステップＳ２７）。操作状態検出手段５１がストロークセンサ４０の接点の作動を判断すると（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、制御部５０は、画像表示部６０の画面上のカーソルが指し示すアイコンや選択ボタン等への選択決定入力が確定したとして、カーナビ装置７０やエアコン装置８０等の制御対象機器に対し、対応する選択決定入力を送信する（ステップＳ２８）。

かかる第２の実施の形態の入力装置によれば、操作ノブ２０の押下量Ｓｚに応じて、操作ノブ２０へ付与する力のうち粘性抗力成分Ｆ_ｒｚ（Ｓｚ，ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）を連続的に増加させる。これにより、カーナビ装置７０の画面を操作する場合のように高速又は低速でスライド操作をしたいときでも、操作者は操作ノブ２０の押下量Ｓｚを調節して所望の反力を受けながら操作することができる。したがって、従来の入力装置よりも良好な操作性を得ることができる。

以上、本発明に好適な実施の形態を複数説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々の変形、応用が可能である。例えば、操作ノブ２０に付与する反力（抗力）のうち、実施の形態で説明した粘性抗力だけでなく引き込みの力覚を付与する力ベクトル成分Ｆ_ｓ（ｘ，ｙ）に相当する抗力を操作ノブ２０への押下に応じて変化させてもよい。

１，２…操作入力部、１０…本体部、１１…カバー、１１ａ…開口部、
１２１…Ｘキャリッジ、１２１ａ…長孔、１２２…Ｙキャリッジ、１２２ａ…長孔、
１３１…Ｘ軸スライドガイド、１３２…Ｙ軸スライドガイド、
１４…Ｘ軸ボイスコイルモータ、１４１…ヨーク、１４１ａ…第１アーム、１４１ｂ…第２アーム、１４２…マグネット、１４３…ボイスコイル、１５…Ｙ軸ボイスコイルモータ、１６１…Ｘ軸リニアエンコーダ、１６２…Ｙ軸リニアエンコーダ、１７２…支持部材、
２０…操作ノブ、２１…ノブシャフト、３０…２段モーメンタリスイッチ、３１…ケース、３２…ラバードーム、３２ａ…押圧面、３２１…第１のラバーコンタクト、３２１ａ…第１の可動電極、３２１ｂ…ブリッジ部、３２２…第２のラバーコンタクト、３２２ａ…第２の可動電極、３３…基板、３３１ａ，３３１ｂ…第１の固定電極、３３２ａ，３３２ｂ…第２の固定電極、３４…スライド部材、
４０…ストロークセンサ、４１…ケース、４２ａ…押圧面、４２…ラバードーム、４２１…サスペンド部、４２２…ラバーコンタクト、４２２ａ…可動電極、４３…基板、４３ａ，４３ｂ…固定電極、４４…磁気センサ、４５…ＭＲ素子、４６…スライド部材、
５０…制御部、５１…操作状態検出手段、５２…表示制御手段、５３…力制御手段、５５…記憶部、５６…力覚パターンテーブル、
６０…画像表示部、７０…カーナビ装置、８０…エアコン装置、９０…車載ＬＡＮ

Claims (4)

1. 一の平面及び当該平面に直交する押下方向に操作可能な操作ノブと、
   前記平面における前記操作ノブの操作状態を検出する第１の検出部と、
   前記押下方向における前記操作ノブの操作状態を検出する第２の検出部と、
   前記平面において前記操作ノブに力を付与する駆動部と、
   前記第１の検出部が検出する前記操作ノブの操作状態に基づいて前記駆動部を制御して前記操作ノブに前記力を付与するとともに、前記第２の検出部が前記操作ノブの押下を検出しているとき、前記操作ノブへ付与する力のうち前記平面における操作に対抗する抗力成分を変化させる制御部と、を備える入力装置。
2. 前記抗力成分は、前記操作ノブの前記平面における操作速度に粘性抵抗係数を乗算して得られる粘性抗力であり、前記制御部は、前記第２の検出部が前記操作ノブの押下を検出しているとき、前記粘性抵抗係数の値を変化させることで、前記粘性抗力を変化させる請求項１に記載の入力装置。
3. 前記第２の検出部は、前記操作ノブの押下量を検出するストロークセンサであり、前記制御部は、前記第２の検出部が前記操作ノブの押下を検出しているとき、前記抗力成分を前記検出した操作ノブの押下量に応じて連続的に変化させる請求項１又は２に記載の入力装置。
4. 前記制御部は、前記第２の検出部が前記操作ノブの押下を検出しているとき、前記抗力成分を増加させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の入力装置。

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