JP2021103412A

JP2021103412A - Operation detection device

Info

Publication number: JP2021103412A
Application number: JP2019234085A
Authority: JP
Inventors: 悟武縄; Satoru Takenawa
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2021-07-15

Abstract

To provide an operation detection device which can facilitate a tracing operation in an in-plane direction of an operation surface.SOLUTION: An operation detection device 1 comprises: an operation unit 10 supported by a housing 50, in which operations including a tracing operation in an in-plane direction of an operation surface 12 are performed; a load detection unit 20 (21, 22, 23, 24) which detects an operation load in the in-plane direction by the tracing operation; and an amplification unit 30 which outputs output of the load detection unit 20 as a detection value of a load corresponding to an operation in the in-plane direction affecting the operation unit 10. The operation unit 10 is supported movably in the in-plane direction by the housing 50. The load detection unit 20 is supported by the housing, and abuts on the operation unit 10 in a state of receiving a preload between itself and an end 11 in the in-plane direction of the operation unit 10. Thereby, the operation detection device is excellent in operability of the tracing operation in the in-plane direction of the operation surface.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、操作検出装置に関する。 The present invention relates to an operation detection device.

従来、例えば、タッチパネル上で指によるなぞり操作が行われる場合に、そのなぞり操作の一つであるカーソル操作を判定する閾値を備えた操作判定部を備えた操作検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, for example, when a finger tracing operation is performed on a touch panel, an operation detecting device including an operation determining unit having a threshold value for determining a cursor operation, which is one of the tracing operations, is known (for example, , Patent Document 1).

特許文献１の操作検出装置は、タッチパネルにおいて、２次元の略平らな操作面（タッチ操作面）を備えた座標検出部を有している。座標検出部は、例えば、静電センサを備え、その検出信号が制御部に出力される。座標検出部は、例えば、静電パッドにより構成されている。静電パッドは、平面上のＸ方向、Ｙ方向のそれぞれに絶縁体を挟んで電極（静電センサ）が直線状に延在する構造を有し、これらの電極の検出信号（電極に蓄えられる電荷の変化量に対応する信号）が制御部に出力される。このような構成により、タッチパネル上でのＸ方向、Ｙ方向のそれぞれのなぞり操作の操作量が検出される。 The operation detection device of Patent Document 1 has a coordinate detection unit having a two-dimensional substantially flat operation surface (touch operation surface) on the touch panel. The coordinate detection unit includes, for example, an electrostatic sensor, and the detection signal is output to the control unit. The coordinate detection unit is composed of, for example, an electrostatic pad. The electrostatic pad has a structure in which electrodes (electrostatic sensors) extend linearly with an insulator sandwiched in each of the X direction and the Y direction on a plane, and detection signals (stored in the electrodes) of these electrodes are stored. A signal corresponding to the amount of change in electric charge) is output to the control unit. With such a configuration, the operation amount of each of the X-direction and Y-direction tracing operations on the touch panel is detected.

特開２０１５−１７０２８２号公報JP 2015-170282

しかし、特許文献１の操作検出装置においては、タッチパネル上の操作面の面内方向の操作エリアが限られているため、なぞり操作をしている間に操作エリア端まで指が到達してしまい、なぞり操作がしにくいという問題があった。 However, in the operation detection device of Patent Document 1, since the operation area of the operation surface on the touch panel in the in-plane direction is limited, the finger reaches the end of the operation area during the tracing operation. There was a problem that it was difficult to trace.

従って、本発明の目的は、操作面の面内方向へのなぞり操作がしやすい操作検出装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an operation detection device that facilitates an in-plane tracing operation of an operation surface.

本発明は、筐体により支持され、操作面の面内方向へのなぞり操作を含む操作がされる操作部と、前記なぞり操作による前記面内方向への操作荷重を検出する荷重検出部と、前記荷重検出部の出力を、前記操作部に作用する前記面内方向への操作に対応する荷重の検出値として出力する増幅部と、を有し、前記操作部は、前記筐体により、前記面内方向へ移動可能に支持され、前記荷重検出部は、前記筐体により支持され、前記操作部の前記面内方向の端部との間で予圧を受けた状態で前記操作部と当接する、操作検出装置を提供する。 The present invention includes an operation unit that is supported by a housing and is operated including an operation of tracing the operation surface in the in-plane direction, and a load detection unit that detects an operation load in the in-plane direction by the tracing operation. The operation unit has an amplification unit that outputs the output of the load detection unit as a detection value of the load corresponding to the operation in the in-plane direction acting on the operation unit, and the operation unit is described by the housing. It is movably supported in the in-plane direction, and the load detection unit is supported by the housing and comes into contact with the operation unit in a state of being preloaded with the end of the operation unit in the in-plane direction. , Provide an operation detection device.

本発明によると、操作面の面内方向へのなぞり操作がしやすい操作検出装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an operation detection device that facilitates an in-plane tracing operation of an operation surface.

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る操作検出装置の上平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。1 (a) is an upper plan view of the operation detection device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (a). 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る操作検出装置の構成ブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the operation detection device according to the first embodiment of the present invention. 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る一対の荷重検出部で構成される差動検出部に係る回路構成図である。FIG. 3 is a circuit configuration diagram relating to a differential detection unit composed of a pair of load detection units according to the first embodiment of the present invention. 図４は、本発明の実施の形態に係る操作検出装置のなぞり操作に対応する操作荷重Ｆと出力電圧Ｖとの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the operating load F and the output voltage V corresponding to the tracing operation of the operation detecting device according to the embodiment of the present invention. 図５（ａ）は、操作面上の操作点と時間を示して操作の動作を示す動作図であり、図５（ｂ）は、時間ｔと操作荷重Ｆの関係を示す図であり、図５（ｃ）は、時間ｔとなぞり量Ｌの関係を示す図である。FIG. 5A is an operation diagram showing an operation point and time on the operation surface to show the operation, and FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the time t and the operation load F. 5 (c) is a diagram showing the relationship between the time t and the trace amount L. 図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る操作検出装置の上平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。6 (a) is an upper plan view of the operation detection device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 (b) is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 6 (a). 図７は、本発明の第２の実施の形態に係る操作検出装置の荷重と出力電圧（荷重検出部の出力電圧）との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the load of the operation detection device according to the second embodiment of the present invention and the output voltage (output voltage of the load detection unit).

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る操作検出装置の上平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。また、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る操作検出装置の構成ブロック図である。以下、本発明の第１の実施の形態を具体的に説明する。 1 (a) is an upper plan view of the operation detection device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (a). Further, FIG. 2 is a block diagram of a configuration of an operation detection device according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be specifically described.

［本発明の第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る操作検出装置１は、筐体５０により支持され、操作面１２の面内方向でのなぞり操作を含む操作がされる操作部１０と、なぞり操作による面内方向への操作荷重を検出する荷重検出部２０（２１、２２、２３、２４）と、荷重検出部２０の出力を、操作部１０に作用する面内方向への操作に対応する荷重の検出値として出力する増幅部３０と、を有し、操作部１０は、筐体５０により、面内方向へ移動可能に支持され、荷重検出部２０は、筐体により支持され、操作部１０の面内方向の端部１１との間で予圧を受けた状態で操作部１０と当接する、ように構成されている。 [First Embodiment of the present invention]
The operation detection device 1 according to the first embodiment of the present invention has an operation unit 10 supported by a housing 50 and operated including a trace operation in the in-plane direction of the operation surface 12, and a surface by the trace operation. The load detection unit 20 (21, 22, 23, 24) that detects the inward operation load and the output of the load detection unit 20 detect the load corresponding to the in-plane operation acting on the operation unit 10. The operation unit 10 is supported by the housing 50 so as to be movable in the in-plane direction, and the load detection unit 20 is supported by the housing and has a surface of the operation unit 10. It is configured to come into contact with the operating portion 10 in a state of being preloaded with the end portion 11 in the inward direction.

ここで、操作面１２とは、操作部１０に備えられた、例えば、なぞりの操作ができるタッチパネル面であり、本実施の形態では、図１（ａ）に示すＸＹ座標の平面である。また、面内方向とは、操作面１２があるＸＹ方向であり、正確には、図１（ｂ）に示す操作面１２の法線ベクトルＮと直交する方向である。例えば、操作検出装置１を水平に配置して操作部１０を水平に配置した場合は、面内方向とは水平方向であり、法線ベクトルＮは鉛直（垂直）方向である。 Here, the operation surface 12 is a touch panel surface provided on the operation unit 10 that can be traced, for example, and is a plane of XY coordinates shown in FIG. 1A in the present embodiment. The in-plane direction is the XY direction in which the operation surface 12 is located, and to be exact, the direction orthogonal to the normal vector N of the operation surface 12 shown in FIG. 1 (b). For example, when the operation detection device 1 is arranged horizontally and the operation unit 10 is arranged horizontally, the in-plane direction is the horizontal direction, and the normal vector N is the vertical (vertical) direction.

（操作部１０）
操作部１０は、その操作領域において、操作者が指等により、なぞり操作、押圧操作、押下操作、タッチ操作等の種々の操作を図１（ａ）、（ｂ）に示す操作面１２に対して行なう板状、パネル状のものである。操作部１０は、例えば、操作面１２上のＸＹの２次元座標を検出できる静電容量式のタッチパネル等を使用することができる。 (Operation unit 10)
In the operation area, the operation unit 10 allows the operator to perform various operations such as a tracing operation, a pressing operation, a pressing operation, and a touch operation with a finger or the like on the operation surface 12 shown in FIGS. 1A and 1B. It is a plate-shaped or panel-shaped one. The operation unit 10 can use, for example, a capacitive touch panel or the like that can detect the two-dimensional coordinates of XY on the operation surface 12.

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、操作部１０は、筐体５０と操作部１０との間の弾性部材による予圧により、Ｘ及びＹ方向の２次元方向で支持される。第１の実施の形態では、弾性部材は、装着時に弾性力を発生する荷重検出部２０（２１、２２、２３、２４）である。操作部１０は、面内方向において交差する２次元方向にそれぞれ荷重検出部２０（２１、２２、２３、２４）を備えている。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the operation unit 10 is supported in two-dimensional directions in the X and Y directions by preloading by an elastic member between the housing 50 and the operation unit 10. In the first embodiment, the elastic member is a load detecting unit 20 (21, 22, 23, 24) that generates an elastic force at the time of mounting. The operation unit 10 includes load detection units 20 (21, 22, 23, 24) in two-dimensional directions that intersect in the in-plane direction, respectively.

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、操作部１０は、Ｘ方向において、筐体５０に取り付けられた荷重検出部２１と荷重検出部２２により、操作部１０の面内方向の端部１１が両側から予圧を受けた状態で支持されている。なお、端部１１と荷重検出部２１、２２とは固定はされていないが、予圧を受けて当接した状態とされているので、操作部１０は、面内方向に対してガタがなく支持されている。 As shown in FIGS. 1A and 1B, in the X direction, the operation unit 10 is provided with the load detection unit 21 and the load detection unit 22 attached to the housing 50 to end the operation unit 10 in the in-plane direction. The portion 11 is supported in a state of being preloaded from both sides. Although the end portion 11 and the load detecting portions 21 and 22 are not fixed, they are in a state of being in contact with each other by receiving a preload, so that the operating portion 10 supports the operation unit 10 without play in the in-plane direction. Has been done.

操作部１０は、Ｙ方向においても同様に、筐体５０に取り付けられた荷重検出部２３と荷重検出部２４により、操作部１０の面内方向の端部１１が両側から予圧を受けた状態で支持されている。 Similarly, in the Y direction, the operation unit 10 is in a state where the end portions 11 in the in-plane direction of the operation unit 10 are preloaded from both sides by the load detection unit 23 and the load detection unit 24 attached to the housing 50. It is supported.

操作部１０は、操作面１２の法線ベクトルＮの方向（図１（ｂ）において上下方向、あるいは、鉛直方向）には、筐体により支持されている。すなわち、操作部１０は、操作部下面１４が、筐体５０の支持平面５２により操作面１２の法線ベクトルＮの方向において支持されている。 The operation unit 10 is supported by a housing in the direction of the normal vector N of the operation surface 12 (vertical direction or vertical direction in FIG. 1B). That is, in the operation unit 10, the lower surface 14 of the operation unit is supported by the support plane 52 of the housing 50 in the direction of the normal vector N of the operation surface 12.

操作部１０は、ＸＹ方向にはなぞり操作により移動可能とされる。このため、操作部１０の操作面１２は、例えば、ＸＹ方向の２次元平面であって、なぞりの操作により操作面１２の面内方向になぞりの操作荷重Ｆが発生する。このために、操作面１２は、例えば、操作を行なう指と操作面１２との間に摩擦力が発生するように、摩擦係数を有する。この摩擦係数は、操作感に違和感を生じさせない程度に大きいほうが好ましい。操作面１２は、一例として、操作を行なう指との間で摩擦力を発生させるマットな摩擦面で形成されている。 The operation unit 10 can be moved in the XY direction by a tracing operation. Therefore, the operation surface 12 of the operation unit 10 is, for example, a two-dimensional plane in the XY direction, and an operation load F of tracing is generated in the in-plane direction of the operation surface 12 by the operation of tracing. For this reason, the operation surface 12 has a friction coefficient so that a frictional force is generated between the finger performing the operation and the operation surface 12, for example. It is preferable that this friction coefficient is large enough not to cause a sense of discomfort in the operation feeling. As an example, the operation surface 12 is formed of a matte friction surface that generates a frictional force with the finger performing the operation.

一方、操作部１０は、ＸＹ方向に移動可能な状態で、操作部下面１４が支持平面５２に支持されている。このため、操作部下面１４と支持平面５２との間の摩擦の発生は小さいほうが好ましい。操作部下面１４と支持平面５２との間の摩擦係数が小さくなるように、各表面状態が設定される。一例として、各面の表面粗さが所定の値以下となるように設定される。 On the other hand, in the operation unit 10, the lower surface 14 of the operation unit is supported by the support plane 52 in a state of being movable in the XY direction. Therefore, it is preferable that the occurrence of friction between the lower surface 14 of the operating portion and the support plane 52 is small. Each surface state is set so that the friction coefficient between the lower surface 14 of the operation unit and the support plane 52 becomes smaller. As an example, the surface roughness of each surface is set to be equal to or less than a predetermined value.

（荷重検出部２０（２１、２２、２３、２４））
荷重検出部２０は、荷重検出部２１、２２、２３、２４であって、それぞれ同じ仕様のものが好ましく、ロードセル等の荷重検出が可能なものが使用できる。また、荷重への換算ができる圧力センサ等も使用可能である。本実施の形態では、荷重検出部としてロードセルを使用する。 (Load detection unit 20 (21, 22, 23, 24))
The load detection unit 20 is a load detection unit 21, 22, 23, 24, preferably having the same specifications, and a load cell or the like capable of detecting a load can be used. In addition, a pressure sensor or the like that can be converted into a load can also be used. In this embodiment, a load cell is used as the load detection unit.

ロードセルは、加えられた力に対し、ある定義された関係で信号を発生する機器、力、荷重を電気信号に変換するセンサである。ロードセルは、例えば、ひずみゲージ式、磁歪式、差動変圧式、静電容量式、インダクタンスを利用した方式等がある。本実施の形態では、ひずみゲージ式のロードセルで、荷重を電気信号である電圧に変換するものを使用する。 A load cell is a sensor that converts a device, force, or load that generates a signal in a defined relationship with respect to an applied force into an electrical signal. Examples of the load cell include a strain gauge type, a magnetostrictive type, a differential transformer type, a capacitance type, and a type using inductance. In this embodiment, a strain gauge type load cell that converts a load into a voltage that is an electric signal is used.

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、荷重検出部２１と荷重検出部２２は、一対として予圧状態で、操作部１０を挟み込んで組み込まれる。この予圧状態では、荷重検出部２１と荷重検出部２２は、初期状態において、それぞれが圧縮される方向に作用する予圧荷重ｆ_０を受けている。これにより、操作部１０に対して、図１（ａ）に示すように、Ｘ方向のなぞり操作荷重Ｆが作用した場合でも、荷重検出部２１の予圧荷重ｆ_０がゼロになるまでは、操作部１０と荷重検出部２１の接触状態が確保される。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the load detection unit 21 and the load detection unit 22 are incorporated by sandwiching the operation unit 10 in a preload state as a pair. In this preload state, the load detection unit 21 and the load detection unit 22 receive _{a preload load f 0 that acts in the direction in which they are compressed in the initial state.} As a result, as shown in FIG. 1A, even when the tracing operation load F in the X direction acts on the operation unit 10, the operation is performed until _{the preload load f 0 of the load detection unit 21 becomes zero.} The contact state between the unit 10 and the load detection unit 21 is ensured.

上記の説明は、図１（ａ）に示す−Ｘ方向へのなぞり操作においても、荷重検出部２２について成立する。また、Ｙ方向、−Ｙ方向へのなぞり操作においても、荷重検出部２３、２４について成立する。 The above description holds true for the load detecting unit 22 even in the tracing operation in the −X direction shown in FIG. 1 (a). Further, the load detection units 23 and 24 are also established in the tracing operation in the Y direction and the −Y direction.

（増幅部３０）
増幅部３０は、荷重検出部２０の出力を、操作部１０に作用する面内方向へのなぞり操作に対応する荷重の検出値として出力する。 (Amplification unit 30)
The amplification unit 30 outputs the output of the load detection unit 20 as a load detection value corresponding to the in-plane tracing operation acting on the operation unit 10.

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る操作検出装置の構成ブロック図である。増幅部３０は、主に、オペアンプ４１、４２を用いた差動増幅器として構成されている。 FIG. 2 is a block diagram of the operation detection device according to the first embodiment of the present invention. The amplification unit 30 is mainly configured as a differential amplifier using operational amplifiers 41 and 42.

オペアンプ４１は、図２に示すように、荷重検出部２１の出力と荷重検出部２２の出力との差分を増幅して操作部１０に作用するＸ方向のなぞり操作に対応する操作荷重Ｆを検出値Ｖ_１outとして出力する。同様に、オペアンプ４２は、荷重検出部２３の出力と荷重検出部２４の出力との差分を増幅して操作部１０に作用するＹ方向のなぞり操作に対応する操作荷重Ｆを荷重の検出値Ｖ_２outとして出力する。 As shown in FIG. 2, the operational amplifier 41 amplifies the difference between the output of the load detection unit 21 and the output of the load detection unit 22 to detect the operation load F corresponding to the tracing operation in the X direction acting on the operation unit 10. Output as value V _{1 out.} Similarly, the operational amplifier 42 amplifies the difference between the output of the load detection unit 23 and the output of the load detection unit 24, and sets the operation load F corresponding to the Y-direction tracing operation acting on the operation unit 10 as the load detection value V. Output as _2out.

ここで、操作荷重Ｆは、操作するもの、例えば指と操作面との間に発生する荷重である。この操作荷重は、操作面１２の面内方向に発生する指と操作面１２との摩擦力である。したがって、操作面１２を指によりなぞる場合は、指と操作面１２との間で発生する動摩擦力である。操作面１２上で停止してなぞりのストロークがない場合でも指により操作面１２の面内方向に静止摩擦力で操作荷重Ｆを発生させることができる。また、操作する指が、操作面１２の端部１１に達しても、端部１１に停止した状態で静止摩擦力を発生させることで操作荷重Ｆを発生させることができるので、なぞり操作を続行することが可能である。 Here, the operating load F is a load generated between an operating object, for example, a finger and an operating surface. This operating load is the frictional force between the finger and the operating surface 12 generated in the in-plane direction of the operating surface 12. Therefore, when the operation surface 12 is traced by a finger, it is a dynamic friction force generated between the finger and the operation surface 12. Even when stopped on the operation surface 12 and there is no tracing stroke, the operation load F can be generated by a static friction force in the in-plane direction of the operation surface 12 with a finger. Further, even if the finger to be operated reaches the end portion 11 of the operation surface 12, the operation load F can be generated by generating a static frictional force while the finger is stopped at the end portion 11, so that the tracing operation is continued. It is possible to do.

図２において、各オペアンプ４１、４２からのそれぞれの検出値Ｖ_１out、Ｖ_２outは、それぞれ制御部１５０に入力される。後述するように、制御部１５０は、例えば、オペアンプ４１、４２からの検出値に基づいて、操作部１０に作用するＸ方向、Ｙ方向のそれぞれのなぞり量Ｌを算出することができる。 In FIG. 2, the detected values V _1out and V _2out from the operational amplifiers 41 and 42 are input to the control unit 150, respectively. As will be described later, the control unit 150 can calculate, for example, the trace amounts L in the X direction and the Y direction acting on the operation unit 10 based on the detected values from the operational amplifiers 41 and 42.

図３は、本発明の第１の実施の形態に係る一対の荷重検出部で構成される差動検出部に係る回路構成図である。図３により、荷重検出部２１の第１出力Ｖ_１と荷重検出部２２の第２出力Ｖ_２との差分を増幅して操作部１０に作用するなぞり操作に対応する荷重の検出値Ｖ_１outを出力する差動増幅回路を説明する。 FIG. 3 is a circuit configuration diagram relating to a differential detection unit composed of a pair of load detection units according to the first embodiment of the present invention. According to FIG. 3, _{the difference between the first output V 1} _{of the load detection unit 21 and the second output V 2} of the load detection unit 22 _{is amplified to obtain the load detection value V 1 out} corresponding to the tracing operation acting on the operation unit 10. The output differential amplifier circuit will be described.

図３に示すように、増幅部３０としての荷重検出部２１、荷重検出部２２は、電源電圧Ｖｃｃに接続されて電力供給されて動作する。他の、荷重検出部２３、荷重検出部２４も同様である。 As shown in FIG. 3, the load detection unit 21 and the load detection unit 22 as the amplification unit 30 are connected to the power supply voltage Vcc and are supplied with electric power to operate. The same applies to the other load detection unit 23 and load detection unit 24.

図３に示すように、増幅部３０は、オペアンプ４１により差動増幅器（反転増幅器）として構成されている。反転入力端子４１ａは、抵抗Ｒ_１に接続されて、荷重検出部２１の第１出力Ｖ_１が入力される。抵抗Ｒ_１の一端及び反転入力端子４１ａは、抵抗Ｒ_２を介して出力端子４１ｃに接続されている。一方、非反転入力端子４１ｂは、抵抗Ｒ_３に接続されて、荷重検出部２２の第２出力Ｖ_２が入力される。また、非反転入力端子４１ｂは、抵抗Ｒ_４を介してグランドＧＮＤに接続されている。 As shown in FIG. 3, the amplification unit 30 is configured as a differential amplifier (inverting amplifier) by the operational amplifier 41. Inverting input terminal 41a is connected to the resistor _{R 1,} a first output _{V 1} of the load detection unit 21 is input. One end of the resistor R ₁ and the inverting input terminal 41a are connected to the output terminal 41c via _{the resistor R 2.} On the other hand, the non-inverting input terminal 41b is connected to the resistor _{R 3,} the second output _{V 2} of the load detection unit 22 is input. The non-inverting input terminal 41b is connected to the ground GND via the resistor _{R 4.}

オペアンプ４１の電源端子４１ｄには、電源電圧Ｖｃｃが接続され、電源グランド端子４１ｅは、グランドＧＮＤに接続されている。本実施の形態では、例えば、電源電圧Ｖｃｃ＝＋５〔Ｖ〕の片電源でオペアンプ４１を動作させる。 A power supply voltage Vcc is connected to the power supply terminal 41d of the operational amplifier 41, and the power supply ground terminal 41e is connected to the ground GND. In the present embodiment, for example, the operational amplifier 41 is operated with a single power supply having a power supply voltage of Vcc = + 5 [V].

（操作検出装置１の動作）
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｘ方向において、荷重検出部２１と荷重検出部２２のそれぞれに対して予圧荷重ｆ_０が作用している状態では、荷重検出部２１と荷重検出部２２の出力電圧は、共に、初期電圧Ｖ_０である。Ｙ方向において、荷重検出部２３と荷重検出部２４についても同様である。以下において、Ｘ方向における荷重検出部２１と荷重検出部２２、及びオペアンプ４１で構成する、図３で示す増幅部３０の動作により、操作検出装置１の動作説明をする。 (Operation of operation detection device 1)
_{As shown in FIGS. 1A and 1B, when the preload load f 0} is acting on each of the load detection unit 21 and the load detection unit 22 in the X direction, the load detection unit 21 and the load The output voltage of the detection unit 22 is the initial voltage V ₀ . The same applies to the load detection unit 23 and the load detection unit 24 in the Y direction. Hereinafter, the operation of the operation detection device 1 will be described by the operation of the amplification unit 30 shown in FIG. 3, which is composed of the load detection unit 21, the load detection unit 22, and the operational amplifier 41 in the X direction.

図４は、本発明の第１の実施の形態に係る操作検出装置のなぞり操作に対応する操作荷重Ｆと出力電圧Ｖとの関係を示す図である。図４に示すように、荷重検出部２１の出力Ｖ_１は、操作荷重ＦがＸ方向に作用すると、初期電圧Ｖ_０を中心にして一定の傾きで減少する。一方、荷重検出部２２の出力Ｖ_２は、操作荷重ＦがＸ方向に作用すると、初期電圧Ｖ_０を中心にして一定の傾きで増加する。すなわち、荷重検出部２１と荷重検出部２２は一対をなして、プッシュプル動作で操作荷重Ｆによる出力を検出する。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the operating load F and the output voltage V corresponding to the tracing operation of the operation detecting device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the output V ₁ of the load detection unit 21 decreases with a constant inclination around the _{initial voltage V 0} when the operating load F acts in the X direction. On the other hand, when the operating load F acts in the X direction, _{the output V 2} of the load detecting unit 22 increases with a constant inclination centered on the _{initial voltage V 0.} That is, the load detecting unit 21 and the load detecting unit 22 form a pair and detect the output due to the operating load F by the push-pull operation.

なお、図４に示すように、荷重検出部２１の出力Ｖ_１は、操作荷重ＦがＸ方向に作用すると、初期電圧Ｖ_０から一定の傾きで減少する。したがって、予圧荷重ｆ_０による初期電圧Ｖ_０は、操作荷重Ｆの最大値においても出力Ｖ_１が正の値となるように設定しておくのが好ましい。荷重検出部２２、２３、２４も同様である。 As shown in FIG. 4, the output V ₁ of the load detection unit 21 decreases with a constant inclination from _{the initial voltage V 0} when the operating load F acts in the X direction. Thus, the initial voltage V ₀ by preload f ₀ is preferably manipulated output V ₁ even at the maximum value of the load F is set to be a positive value. The same applies to the load detection units 22, 23, and 24.

図３に示した回路において、オペアンプ４１は差動増幅器（反転増幅器）として動作する。図３に示す回路において、Ｒ_１＝Ｒ_３、Ｒ_２＝Ｒ_４とすると、
オペアンプ４１の検出値Ｖ_１outは、

で表される。 In the circuit shown in FIG. 3, the operational amplifier 41 operates as a differential amplifier (inverting amplifier). In the circuit shown in FIG. 3, assuming that R ₁ = R ₃ and R ₂ = R ₄ .
The detected value V 1 _out of the operational amplifier 41 is

It is represented by.

上記の式から、オペアンプ４１の検出値Ｖ_１outは、荷重検出部２１の出力Ｖ_１と荷重検出部２２の出力Ｖ_２との差分に比例する。すなわち、増幅部３０は、荷重検出部２１の出力Ｖ_１と荷重検出部２２の出力Ｖ_２とをプッシュプルで検出して増幅する。これにより、荷重検出部が１つの構成に比べて２倍の出力電圧となるので、操作荷重Ｆに対応する出力電圧Ｖを高感度に検出することが可能になる。 From the above equation, the detection value V _1out of the operational amplifier 41 is proportional to the difference between the output V ₂ of the output V ₁ and the load detection unit 22 of the load detection unit 21. That is, the amplifying unit 30 amplifies and detects the output V ₂ of the output V ₁ and the load detection unit 22 of the load detection unit 21 in a push-pull. As a result, the load detection unit has twice the output voltage as compared with one configuration, so that the output voltage V corresponding to the operating load F can be detected with high sensitivity.

（操作検出装置１によるなぞり操作量の算出）
操作検出装置１において、なぞり操作のなぞり量Ｌは、例えば、操作荷重Ｆの積分値∫Ｆｄｔを求め、この値に対応するなぞり量として算出することができる。予め、操作荷重Ｆの積分値∫Ｆｄｔとなぞり量との関係をキャリブレーションにより求めておき、操作荷重Ｆの積分値∫Ｆｄｔからなぞり量への変換係数等を設定しておくことができる。 (Calculation of tracing operation amount by operation detection device 1)
In the operation detection device 1, the tracing amount L of the tracing operation can be calculated, for example, by obtaining the integrated value ∫Fdt of the operating load F and calculating it as the tracing amount corresponding to this value. The relationship between the integrated value ∫Fdt of the operating load F and the tracing amount can be obtained in advance by calibration, and the conversion coefficient from the integrated value ∫Fdt of the operating load F to the tracing amount can be set.

上記の算出、変換等は、図２で示した制御部１５０で実行することができる。制御部１５０は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに基づいて検出、判定、判断などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。 The above calculation, conversion, and the like can be executed by the control unit 150 shown in FIG. The control unit 150 is, for example, a CPU (Central Processing Unit) that performs detection, determination, determination, etc. based on acquired data according to a stored program, a RAM (Random Access Memory) that is a semiconductor memory, and a ROM (Read Only Memory). ) And so on. The RAM is used, for example, as a storage area for temporarily storing a calculation result or the like.

制御部１５０は、図２で示したように、Ｘ方向のオペアンプ４１の検出値Ｖ_１outに基づいて操作荷重Ｆを算出し、これに基づいて、積分値∫Ｆｄｔ、Ｘ方向へのなぞり量Ｌを算出することができる。同様にして、制御部１５０は、Ｙ方向のオペアンプ４２の検出値Ｖ_２outに基づいて操作荷重Ｆを算出し、これに基づいて、積分値∫Ｆｄｔ、Ｙ方向へのなぞり量Ｌを算出することができる。これにより、制御部１５０は、操作部１０へのなぞり操作のなぞり量を、Ｘ方向、Ｙ方向についてそれぞれ算出、検出することが可能になる。 As shown in FIG. 2, the control unit 150 _{calculates the operating load F based on the detected value V 1} out of the operational amplifier 41 in the X direction, and based on this, the integrated value ∫Fdt and the trace amount L in the X direction. Can be calculated. _{Similarly, the control unit 150 calculates the operating load F based on the detected value V 2out} of the operational amplifier 42 in the Y direction, and calculates the integrated value ∫Fdt and the tracing amount L in the Y direction based on this. Can be done. As a result, the control unit 150 can calculate and detect the amount of tracing operation to the operation unit 10 in the X direction and the Y direction, respectively.

制御部１５０は、所定時間Δ毎に、積分値∫Ｆｄｔを算出して、なぞり量ＬによるＸ、Ｙ座標の相対値制御による、例えば、表示部上のカーソル位置制御等が可能である。 The control unit 150 calculates the integrated value ∫Fdt every predetermined time Δ, and can control the relative value of the X and Y coordinates by the tracing amount L, for example, controlling the cursor position on the display unit.

図５（ａ）は、操作面上の操作点と時間を示して操作の動作を示す動作図であり、図５（ｂ）は、時間ｔと操作荷重Ｆの関係を示す図であり、図５（ｃ）は、時間ｔとなぞり量Ｌの関係を示す図である。 FIG. 5A is an operation diagram showing an operation point and time on the operation surface to show the operation, and FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the time t and the operation load F. 5 (c) is a diagram showing the relationship between the time t and the trace amount L.

図５（ａ）において、操作者が例えば指により、操作部１０の操作面１２をなぞり操作する。操作指が、時間ｔ_０において点Ｐ_０をタッチし、Ｘ方向になぞり操作を行ない、時間ｔ_１に点Ｐ_１に到達する。操作指は点Ｐ_１に停止したままで、Ｘ方向に操作荷重Ｆを時間ｔ_２までかけ続ける。時間ｔ_２から時間ｔ_３の間に、操作指が点Ｐ_１から点Ｐ_２までなぞり操作を行なう。 In FIG. 5A, the operator traces the operation surface 12 of the operation unit 10 with, for example, a finger. The operating finger touches the point P ₀ _{at the time t 0} , performs a tracing operation in the X direction, and reaches the point P ₁ _{at the time t 1.} Operation finger remains stopped at the point P _1, continue to put the operation load F in the X direction until time t _2. During the time t ₂ to the time t ₃ , the operating finger performs a tracing operation from the point P ₁ _{to the point P 2.}

上記のようななぞり操作を行なう場合、操作荷重Ｆは、図５（ｂ）のようになる。例えば、時間ｔ_０から時間ｔ_１までは、操作荷重Ｆ_１によりなぞり操作を行なう。時間ｔ_１から時間ｔ_２までは、点Ｐ_１に停止したままで、静止摩擦により操作荷重Ｆ_１を発生させる。次に、時間ｔ_２から時間ｔ_３までは、操作荷重Ｆ_１によりなぞり操作を行なう。 When the tracing operation as described above is performed, the operating load F is as shown in FIG. 5 (b). For example, from time _{t 0} to time _{t 1,} performs a tracing operation by the operation force _{F 1.} From time t ₁ to time t ₂ , the _{operating load F 1} is generated by static friction while remaining stopped at the _{point P 1.} Next, from time t ₂ to time t ₃ , the tracing operation is performed by the operating load F _1.

なぞり量Ｌは、図５（ｂ）の操作荷重Ｆに基づいて、図５（ｃ）のようになる。操作荷重Ｆの積分値∫Ｆｄｔから、図５（ｃ）に示すように、時間ｔ_１までのなぞり量Ｌ_１、時間ｔ_２までのなぞり量Ｌ_２、時間ｔ_３までのなぞり量Ｌ_３を算出できる。 The tracing amount L is as shown in FIG. 5 (c) based on the operating load F in FIG. 5 (b). From the integral value ∫Fdt the operation load F, as shown in FIG. 5 (c), a tracing amount _{L 1,} tracing amount _{L 3} until the drag amount _{L 2,} time _{t 3} to time _{t 2} to time _{t 1} Can be calculated.

上記のように、操作面１２上で停止してなぞりのストロークがない場合でも指により操作面１２の面内方向に静止摩擦力で操作荷重Ｆを発生させてなぞり操作と等価な操作を行なうことができる。また、操作指が、操作面１２の端部１１に達しても、操作荷重Ｆを発生させることができるので、なぞり操作を続行することが可能である。 As described above, even when the operation surface 12 is stopped and there is no tracing stroke, an operation load F is generated by a static friction force in the in-plane direction of the operation surface 12 with a finger to perform an operation equivalent to the tracing operation. Can be done. Further, even if the operating finger reaches the end portion 11 of the operating surface 12, the operating load F can be generated, so that the tracing operation can be continued.

また、上記の説明において、なぞり操作、なぞり操作と等価な操作における操作荷重Ｆは同じ値としたが、なぞりの強さを変化させることにより、操作荷重Ｆを一定ではなく変化させることが可能である。変化する操作荷重Ｆにしたがって、なぞり量Ｌを算出することが可能である。 Further, in the above description, the operating load F in the tracing operation and the operation equivalent to the tracing operation is set to the same value, but the operating load F can be changed not constant by changing the tracing strength. is there. It is possible to calculate the trace amount L according to the changing operating load F.

［本発明の第２の実施の形態］
図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る操作検出装置の上平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、操作部１０は、筐体５０と操作部１０との間の弾性部材による予圧により、Ｘ及びＹ方向の２次元方向で支持される。第２の実施の形態では、弾性部材は、装着時に弾性力を発生するバネ６０である。なお、弾性部材は、バネには限られず、ゴム等の弾性力を発生させる弾性部材であれば使用可能である。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。 [Second Embodiment of the present invention]
6 (a) is an upper plan view of the operation detection device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 (b) is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 6 (a). As shown in FIGS. 6A and 6B, the operation unit 10 is supported in two-dimensional directions in the X and Y directions by preloading by an elastic member between the housing 50 and the operation unit 10. In the second embodiment, the elastic member is a spring 60 that generates an elastic force when mounted. The elastic member is not limited to the spring, and any elastic member such as rubber that generates an elastic force can be used. Other configurations are the same as in the first embodiment.

（操作検出装置１の動作）
第２の実施の形態では、Ｘ方向の操作荷重Ｆは荷重検出部２２で行ない、Ｙ方向の操作荷重Ｆは荷重検出部２４で行なう。 (Operation of operation detection device 1)
In the second embodiment, the operating load F in the X direction is performed by the load detecting unit 22, and the operating load F in the Y direction is performed by the load detecting unit 24.

図７は、本発明の第２の実施の形態に係る操作検出装置の荷重と出力電圧（荷重検出部の出力電圧）との関係を示す図である。図７に示すように、荷重検出部２２の出力Ｖは、操作荷重ＦがＸ方向に作用すると、初期電圧Ｖ_０を中心にして一定の傾きで増加する。なお、図７に示すように、荷重検出部２２の出力Ｖは、操作荷重Ｆが−Ｘ方向に作用すると、初期電圧Ｖ_０から一定の傾きで減少するので、予圧荷重ｆ_０による初期電圧Ｖ_０は、操作荷重Ｆの荷重範囲において出力Ｖが正の値となるように設定しておくのが好ましい。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the load of the operation detection device according to the second embodiment of the present invention and the output voltage (output voltage of the load detection unit). As shown in FIG. 7, when the operating load F acts in the X direction, the output V of the load detecting unit 22 increases with a constant inclination around the _{initial voltage V 0.} As shown in FIG. 7, when the operating load F acts in the −X direction, the output V of the load detection unit 22 _{decreases from the initial voltage V 0 with a} constant inclination, so that the initial voltage V _{due to the preload load f 0} _It is preferable to set 0 so that the output V becomes a positive value in the load range of the operating load F.

操作検出装置１によるなぞり操作量の算出において、操作荷重Ｆの検出、積分値∫Ｆｄｔの算出、なぞり量Ｌの算出は、第１の実施の形態と同様である。 In the calculation of the trace operation amount by the operation detection device 1, the detection of the operation load F, the calculation of the integrated value ∫Fdt, and the calculation of the trace amount L are the same as those in the first embodiment.

[本発明の実施の形態の効果]
上記示した本発明の実施の形態によれば以下のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係る操作検出装置１は、筐体５０により支持され、操作面１２の面内方向でのなぞり操作を含む操作がされる操作部１０と、なぞり操作による面内方向への操作荷重を検出する荷重検出部２０（２１、２２、２３、２４）と、荷重検出部２０の出力を、操作部１０に作用する面内方向への操作に対応する荷重の検出値として出力する増幅部３０と、を有し、操作部１０は、筐体５０により、面内方向へ移動可能に支持され、荷重検出部２０は、筐体により支持され、操作部１０の面内方向の端部１１との間で予圧を受けた状態で操作部１０と当接する、ように構成されている。タッチパッド等の操作部へのなぞり操作を操作面の面内方向の操作荷重（横方向荷重）として検出するので、操作のストロークがない場合でもなぞり操作として検出することが可能となる。これにより、操作面の面内方向へのなぞり操作の操作性に優れた操作検出装置を提供することが可能となる。
（２）操作部１０は、操作面１２の法線ベクトルＮの方向（図１（ｂ）において上下方向、あるいは、鉛直方向）には、筐体により支持されている。すなわち、操作部１０は、操作部下面１４が、筐体５０の支持平面５２により操作面１２の法線ベクトルＮの方向において支持されている。このように、操作部１０を平面で支えているので、操作面が傾くという問題がなく、安定したなぞり操作等が可能となる。 [Effects of Embodiments of the present invention]
According to the embodiment of the present invention shown above, it has the following effects.
(1) The operation detection device 1 according to the embodiment of the present invention has an operation unit 10 supported by a housing 50 and operated including a trace operation in the in-plane direction of the operation surface 12, and a surface by the trace operation. The load detection unit 20 (21, 22, 23, 24) that detects the inward operation load and the output of the load detection unit 20 detect the load corresponding to the in-plane operation acting on the operation unit 10. The operation unit 10 is supported by the housing 50 so as to be movable in the in-plane direction, and the load detection unit 20 is supported by the housing and has a surface of the operation unit 10. It is configured to come into contact with the operating portion 10 in a state of being preloaded with the end portion 11 in the inward direction. Since the tracing operation to the operation unit such as the touch pad is detected as the operating load (lateral load) in the in-plane direction of the operation surface, it is possible to detect it as the tracing operation even when there is no operation stroke. This makes it possible to provide an operation detection device having excellent operability of the in-plane tracing operation of the operation surface.
(2) The operation unit 10 is supported by a housing in the direction of the normal vector N of the operation surface 12 (vertical direction or vertical direction in FIG. 1B). That is, in the operation unit 10, the lower surface 14 of the operation unit is supported by the support plane 52 of the housing 50 in the direction of the normal vector N of the operation surface 12. Since the operation unit 10 is supported by a flat surface in this way, there is no problem that the operation surface is tilted, and stable tracing operation and the like can be performed.

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。本発明に係る代表的な実施の形態、及び図示例を例示したが、上記実施の形態、及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態、及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from or changing the technical idea of the present invention. Although typical embodiments and illustrated examples according to the present invention have been illustrated, the above-described embodiments and illustrated examples do not limit the invention according to the claims. Therefore, it should be noted that not all combinations of the above-described embodiments and features described in the illustrated examples are essential for the means for solving the problems of the invention.

１…操作検出装置、１０…操作部、１１…端部、１２…操作面、１４…操作部下面、２０、２１、２２、２３、２４…荷重検出部、３０…増幅部、４１、４２…オペアンプ、４１ａ…反転入力端子、４１ｂ…非反転入力端子、４１ｃ…出力端子、４１ｄ…電源端子、４１ｅ…電源グランド端子、５０…筐体、５２…支持平面、６０…バネ、１５０…制御部
Ｆ…操作荷重、ｆ_０…予圧荷重、ＧＮＤ…グランド、Ｖｃｃ…電源電圧、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４…抵抗、Ｖ_０…初期電圧、Ｖ_１、Ｖ_２…出力、Ｖ_１out、Ｖ_２out…検出値 1 ... Operation detection device, 10 ... Operation unit, 11 ... End, 12 ... Operation surface, 14 ... Operation unit lower surface, 20, 21, 22, 23, 24 ... Load detection unit, 30 ... Amplification unit, 41, 42 ... Operational amplifier, 41a ... Inverted input terminal, 41b ... Non-inverting input terminal, 41c ... Output terminal, 41d ... Power supply terminal, 41e ... Power supply ground terminal, 50 ... Housing, 52 ... Support plane, 60 ... Spring, 150 ... Control unit F ... Operational load, f ₀ ... Preload, GND ... Ground, Vcc ... Power supply voltage, R ₁ , R ₂ , R ₃ , R ₄ ... Resistance, V ₀ ... Initial voltage, V ₁ , V ₂ ... Output, V 1 _out , V _2out … Detected value

Claims

An operation unit that is supported by the housing and is operated including an in-plane tracing operation of the operation surface.
A load detection unit that detects the operating load in the in-plane direction by the tracing operation, and
It has an amplification unit that outputs the output of the load detection unit as a load detection value corresponding to the in-plane operation acting on the operation unit.
The operation unit is supported by the housing so as to be movable in the in-plane direction.
An operation detection device in which the load detection unit is supported by the housing and comes into contact with the operation unit in a state of being preloaded with the end of the operation unit in the in-plane direction.

The operation detection device according to claim 1, wherein the operation unit includes load detection units in two-dimensional directions intersecting with each other in the in-plane direction.

The operation detection device according to claim 1 or 2, wherein the preload is due to an elastic member between the housing and the operation unit.

The load detection unit includes a first load detection unit and a second load detection unit at both ends of the operation surface, respectively.
The amplification unit amplifies the difference between the first output of the first load detection unit and the second output of the second load detection unit, and the load corresponding to the in-plane operation acting on the operation unit. The operation detection device according to any one of claims 1 to 3, which is output as a detection value of.

The operation detection device according to claim 4, wherein the first load detection unit and the second load detection unit are detection units having the same characteristics.

The operation detection device according to claim 4 or 5, wherein the amplifier unit is a differential amplifier circuit using an operational amplifier.